Fisica
Laurea magistrale

Tesi di laurea

Cos'è

Per l'ammissione all'esame di laurea devi aver conseguito tutti i crediti formativi previsti dall'ordinamento didattico del tuo corso di laurea.

L'esame di laurea consiste nella discussione, davanti ad una commissione, di un elaborato scritto sotto la guida di un relatore.

Potrai presentare la tua tesi in una lingua diversa dall'italiano e utilizzare strumenti audiovisivi come supporto alla discussione.

Come fare domanda di Laurea

Se sei un laureando devi:

  1. Scegliere la sessione di laurea
  2. Depositare il titolo della tesi
  3. Compilare la domanda di laurea online
  4. Compilare il questionario AlmaLaurea online
  5. In caso tu abbia libri in prestito, restituiscili in biblioteca
  6. Compilare il questionario di valutazione del tuo corso di studi.

Prima di fare domanda:

  1. Controlla di essere in regola con il pagamento delle tasse
  2. Paga l'imposta di bollo di € 16 per l'emissione del Diploma di laurea (pagabile tramite i servizi on line – pagamento tasse e contributi)
  3. Verifica di avere sostenuto tutti gli esami e le attività formative
  4. Controlla che siano tutti segnati sulla tua carriera online.

Proposte di tesi

CTA (Cherenkov Telescope Array) is a worldwide project to construct the next generation ground based very high energy gamma ray instrument [1]-[2]. CTA will use more than hundred Imaging Air Cherenkov Telescopes of three different sizes (mirror diameter of 4 m, 12 m and 23 m) deployed on two sites, one on each hemisphere (La Palma on the Canary Islands and Paranal in Chile). The CTA unconventional capabilities will address some of the most intriguing questions of astrophysics such as the origin of very high energy galactic cosmic rays. The observatory construction is foreseen in 2021-2025 but the first large size telescope (LST1) is already installed and in preproduction phase in La Palma. The first medium size telescope (MST1) is foreseen to be installed in La Palma at the beginning of 2021.
The CPPM-Marseille group is actively participating to the commissioning of the LST1 and to the preparation of the camera of MST1 (NectarCAM). The internship will concern the preparation of the commissioning phase for MST1 including data-monte carlo comparison of calibration data of NectarCAM taken in the laboratory and the analysis of the first data on sky. The student will also have the possibility to analyse the first data of LST1 including science verification data (i.e. observation of known gamma sources such as the Crab Nebula).
References:
[1] Science with the Cherenkov Telescope Array :https://arxiv.org/abs/1709.07997 [2] https://www.cta-observatory.org/


Referenti: Heide Costantini, Silvano Tosi
Codice identificativo: 71
Inserimento: 21/01/2020 alle 16.15

I rivelatori KM3NeT sono ottimizzati per ricostruire l'interazione di neutrini di alta energia (maggiore di 1 GeV). L’osservazione di neutrini di più bassa energia, attesa durante l'esplosione di supernovae nella nostra Galassia, sarà comunque possibile grazie all'incremento del numero dei contagi di fotoni rivelati dai fotomoltiplicatori in tutto il rivelatore. I moduli ottici di KM3NeT contengono 31 fotomolitplicatori ciascuno, dunque si possono sfruttare le coincidenze temporali tra i fotompltiplicatori di un singolo modulo per filtrare i segnali di fondo dovuti a decadimenti radioattivi. Il grande numero di contagi atteso in concomitanza con supernovae nella nostra galassia produrrà una rivelazione evidente con KM3NeT e vari studi sull'andamento temporale dell'emissione. La triangolazione di coincidenze temporali con altri rivelatori sparsi per il Mondo può portare alla localizzazione della supernova.

Inoltre emissioni transienti nel range energetico GeV-TeV sono attese nei modelli di supernova con “chocked jets”. I rivelatori di KM3NeT, ottimizzati per questi eventi, possono contribuire allo studio multimessaggero di questi fenomeni. I resti di supernovae (supernova remnant) sono tra i candidati delle emissione continua e diffusa di neutrini di altissima energia attesi da KM3NeT.

Durante questa tesi lo studio delle rivelazione di supernovae può essere svolto sia per quanto riguarda la fase di esplosione, sia per i resti di supernova. Sono inoltre possibili studi di sensitività che compinino KM3NeT con altri rivelatori di neutrini e rivelatori ottici o gravitazionali.


Referenti: Vladimir Kulikovskiy, Matteo Sanguineti
Codice identificativo: 77
Inserimento: 01/07/2020 alle 14.48

Some beta decays of interest in astrophysics will be calculated and studied with the IBFM
( Interacting Boson Fermion Model) and the IBFFM (Interacting Boson Fermion Fermion Model). The linear correlation with single charge exchange matrix elements calculated with IBFM and IBFFM will be also studied and discussed.


Referente: Elena Santopinto
Codice identificativo: 62
Inserimento: 17/01/2020 alle 18.21

KM3NeT è un telescopio di neutrini attualmente in costruzione nelle profondità del Mar Mediterraneo. Una volta completato permetterà di fare analisi astrofisiche e di fisica delle particelle su un vasto range di argomenti. Una parte del telescopio è già in fase di presa dati a 2500 m di profondità. Caratteristiche fondamentali di un telescopio sono la precisione di puntamento e la risoluzione angolare, tuttavia per un telescopio di neutrini non esiste una sorgente di calibrazione, ma si può sfruttare l’assorbimento dei raggi cosmici da parte della Luna o del Sole. La tesi propone uno studio del fenomeno tramite una simulazione Monte Carlo e la misura diretta con i dati sperimentali delle prime linee di rivelazione del telescopio KM3NeT

Referenti: Matteo Sanguineti, Mauro Taiuti
Codice identificativo: 61
Inserimento: 17/01/2020 alle 17.24

KM3NeT è un telescopio di neutrini attualmente in costruzione nelle profondità del Mar Mediterraneo. Una volta completato permetterà di fare analisi astrofisiche e di fisica delle particelle su un vasto range di argomenti. Una parte del telescopio è già in fase di presa dati a 2500 m di profondità. KM3NeT si propone di studiare molteplici potenziali sorgenti di neutrini cosmici, quali nuclei galattici attivi, collisioni tra buchi neri e stelle di neutroni, supernovae, etc… La tesi propone lo studio della sensibilità del telescopio KM3NeT a potenziali sorgenti extragalattiche di neutrini e di analizzare i primi dati per stimare le performance del telescopio tramite lo studio dei muoni atmosferici

Referenti: Matteo Sanguineti, Mauro Taiuti
Codice identificativo: 59
Inserimento: 17/01/2020 alle 17.23

I nuclei galattici attivi (AGN) sono galassie al cui interno
è presente un buco nero super-massiccio in accrescimento. La tesi consiste in uno studio della loro emissione nella banda ottica e nel valutare l'emissione di neutrini andando sfruttando l'effetto di magnificazione dato dalla presenza di lenti gravitazionali. La parte nell'ottico si baserà su dati astronomici già presenti e su un'eventuale presa dati presso l'Osservatorio dell'Antola. Lo studio dell'emissione di neutrini si baserà sui telescopi di neutrini sottomarini ANTARES e KM3NeT e permetterà di vincolare il flusso di neutrini atteso da tali sorgenti.


Referenti: Alba Domi, Silvano Tosi
Codice identificativo: 45
Inserimento: 16/01/2020 alle 20.37

I Nuclei Galattici Attivi (AGN) sono galassie al cui interno
è presente un buco nero super-massiccio in accrescimento. Negli ultimi
anni si è sviluppata sempre più la tecnica del "reverberation mapping"
che consente di misurare la taglia della broad line region e la massa
del buco nero centrale tramite osservazioni ottiche e spettrometriche.
La tesi prevede di utilizzare dati astronomici già presenti per
stimare queste proprietà per diversi AGN. Nella tesi si
valutera' la possibilita' di effettuare tale misura con un telescopio
ottico di scala 1 metro quale quello dell'Osservatorio del Parco
dell'Antola.


Referenti: Alba Domi, Silvano Tosi
Codice identificativo: 44
Inserimento: 16/01/2020 alle 20.34

La scienza degli esopianeti, ossia i pianeti in orbita a stelle che non siano il sole, è molto giovane ed è un campo di ricerca estremamente fervido ed attivo. La tesi prevede di misurare il transito di alcuni esopianeti al fine di ricavare i parametri orbitali tramite fit alle curve di luce ottenute. E' prevista sia una parte di presa dati con il telescopio ottico dell'Osservatorio dell'Antola, sia una parte di utilizzo e sviluppo di strumenti di analisi dei dati per l'ottenimento dei parametri fisici dei pianeti a partire dai dati grezzi. Le misure ottenute saranno altresi' integrate nel network internazionale GAPS, che mira a mettere insieme i dati fotometrici e spettrometrici ottenuti da diversi telescopi ottici nell'emisfero nord per massimizzare le informazioni raccolte sui diversi oggetti.

Referenti: Lorenzo Cabona, Silvano Tosi
Codice identificativo: 43
Inserimento: 16/01/2020 alle 20.32

Diverse sorgenti astrofisiche emettono fotoni ad altissima energia, nella banda dei raggi X o addirittura gamma. Tra esse i nuclei galattici attivi ed in particolare i blazar, caratterizzati da un getto relativistico di particelle che punta verso l'osservatore: tali sorgenti tipicamente emettono su quasi tutto lo spettro elettromagnetico ed e' stato di recente osservato che emettono anche neutrini di altissima energia, oltre a fotoni. In questa tesi si propone di studiare l'emissione nella banda ottica di tali sorgenti per misurarne le curve di luce e valutare la fattibilità della misura della polarizzazione dei fotoni con diversi strumenti.

Referenti: Gianangelo Bracco, Silvano Tosi
Codice identificativo: 42
Inserimento: 16/01/2020 alle 20.31

I Nuclei Galattici Attivi (AGN) sono ospitati da galassie
nel cui centro un buco nero super-⁠massiccio accresce materia. In una
frazione di AGN si osservano getti di plasma espulsi dal nucleo a
velocità relativistiche. Una quantità fondamentale che caratterizza
i getti e’ il flusso di energia (o potenza) trasportato, quantità
fondamentale per vincolare i processi, ancora poco chiari, che sono
all’origine della produzione dei getti. Nel lavoro di tesi si
propone di studiare la relazione tra la potenza dei getti stimata per
un campione di sorgenti e la loro luminosita' osservata in banda radio
e gamma e discutere le caratteristiche e la natura.


Referenti: Fabrizio Tavecchio, Gabriele Ghisellini, Chiara Righi, Silvano Tosi
Codice identificativo: 41
Inserimento: 16/01/2020 alle 20.30

Euclid e' una missione dell'ESA che verra' lanciata nel 2022 su satellite, con lo scopo di studiare l'universo oscuro. L'esperimento misurera' la relazione distanza-redshift di migliaia di galassie e l'evoluzione delle strutture cosmologiche. La misura di redshift viene effettuata a partire dagli spettri delle galassie, ottenuti tramite uno spettrometro a infrarossi. Il gruppo di Euclid di Genova sta contribuendo notevolmente alla simulazione di tale spettrometro. In questa tesi ci si propone di studiare l'effetto delle varie distorsioni ed incertezze introdotte dall'apparato sperimentale e da diversi fondi fisici sulla misura del redshift e conseguentemente l'impatto sulla precisione con cui si potranno misurare le varie osservabili cosmologiche.

Referenti: Stefano Davini, Silvano Tosi
Codice identificativo: 40
Inserimento: 16/01/2020 alle 20.29

Interferometric detectors for gravitational waves are very sensible instruments so
they need special careful about every possible source of noise.
When ambient seismic waves pass near and under an interferometric gravitational-wave
detector, they induce density perturbations in the earth, which in turn produce fluctuating gravitational forces on the interferometer’s test masses.
These forces mimic a background of gravitational waves and thus constitute a noise
source. It is therefore mandatory to study and characterize this type of noise in order to subtract it from gravitational data.
In this work both data analysis techniques and numerical simulations are of primary importance, as these are the principal tools that will be learned and used in this
work.


Referenti: Andrea Chincarini, Gianluca Gemme
Codice identificativo: 29
Inserimento: 16/01/2020 alle 13.31

With the recent developments of the GW detectors like LIGO and VIRGO, we shall
see the birth of gravitational astronomy. Thus means the synergistic analysis of gravitational radiation, electromagnetic radiation, neutrinos etc. to provide a fundamental means to look at the Universe by taking advantage of all the signals it sends to us.
The electromagnetic (EM) follow-up is a joint effort between interferometry detection and optical band astronomy; its main task is the localization of the possible EM counterpart of the gravitational source detected by the interferometers.
Unfortunately the current localization ability of the interferometer is rather approximate; the typical positional uncertainty is of the order of tens to hundreds square degrees. For this reason the search for the EM counterpart is particularly challenging.
This thesis intends to develop a new type of image analysis able to find a list of a few candidates as EM counterparts by searching them in astronomical images obtained with the VST telescope (ESO Observatory, Paranal mountain, Chile) and imaged for several nights following the gravitational trigger.
In this thesis, data analysis and image processing techniques will be exploited as necessary tools for physics. These techniques are very important in the several branches of science and in for real-world applications.


Referenti: Andrea Chincarini, Gianluca Gemme
Codice identificativo: 28
Inserimento: 16/01/2020 alle 13.29

A partire dall’inizio del secolo scorso, le attività umane hanno influenzato in maniera sempre più marcata l’atmosfera terrestre, modificando il clima e causando il progressivo e continuo degrado della qualità dell’aria e delle acque. Tra i vari inquinanti presenti nell’atmosfera, lo studio del particolato atmosferico (o PM, particelle solide/liquide aerodisperse) rappresenta una sfida notevole data la considerevole varietà -in termini di composizione, forma e dimensione- delle particelle che lo compongono. Evidenze sperimentali mostrano una forte connessione tra il PM e numerosi effetti negativi sulla salute umana; ormai molte istituzioni internazionali lo considerano tra i principali responsabili di svariate forme patologiche che portano al deterioramento della qualità della vita e al conseguente aumento dei casi di morte prematura. Tra le varie sostanze tossiche presenti nel PM, il Black Carbon (BC) rappresenta uno degli inquinanti più complessi e dagli effetti controversi. Con questo termine si individua una classe di composti a base di Carbonio, fortemente tossica per la salute umana e con effetti devastanti sul clima. Per la sua quantificazione e caratterizzazione, nel corso degli ultimi anni sono state sviluppate svariate tecniche di misura che sfruttano le sue peculiari proprietà ottiche: il BC assorbe fortemente la radiazione visibile (≈ 4 ordini di grandezza rispetto agli altri composti del PM) e possiede bassi valori di albedo. Presso il laboratorio di Fisica Ambientale, in anni recenti è stata sviluppata strumentazione all’avanguardia per la caratterizzazione ottica del PM, il Multi-Wavelength Absorbance Analyzer (MWAA). Questo prototipo, unico per prestazioni, rappresenta lo stato dell’arte a livello internazionale. Partendo dal know-how scientifico alla base dell’MWAA, il progetto di tesi proposto riguarda lo sviluppo di strumentazione da laboratorio innovativa, volta alla misura e caratterizzazione della frazione carboniosa (e non solo) del particolato atmosferico. Il candidato avrà modo di lavorare allo sviluppo della strumentazione, focalizzandosi su uno o più dei seguenti argomenti: progettazione di guide di luce, spettrometria ottica, programmazione per l’acquisizione e il controllo, programmazione per l’elaborazione dei dati e lo sviluppo di modelli matematici di apporzionamento.

Referenti: Dario Massabò, Paolo Prati
Codice identificativo: 53
Inserimento: 17/01/2020 alle 15.21

La funzionalizzazione di superfici inorganiche, quali metalli o ossidi, mediante biomolecole permette di realizzare interfacce ibride bio/inorganiche che presentano le proprietà funzionali tipiche delle biomolecole depositate. Tra le diverse applicazioni delle superfici funzionalizzate, riveste notevole interesse lo sviluppo di biosensori. In particolare, sfruttando le proprietà di riconoscimento molecolare proprie di biomolecole quali filamenti di DNA o proteine, è possibile ottenere piattaforme selettive in grado di riconoscere in modo specifico particolari biomarker, sovraespressi, ad esempio, nel caso di alcune patologie. Di estrema attualità è lo sviluppo di biosensori per il rilevamento del virus SARS-Cov-2, responsabile dell’emergenza sanitaria COVID-19. La sfida è quella di realizzare sensori sempre più specifici e sensibili, in grado di ridurre, rispettivamente, l’occorrenza di falsi positivi e falsi negativi.
L’attività proposta riguarda la funzionalizzazione di superfici d’oro mediante filamenti di DNA per la realizzazione di superfici sensori in grado di riconoscere, attraverso l’ibridazione tra filamenti complementari, specifiche sequenze di RNA (quali sequenze di RNA di SARS-Cov-2 o sequenze di mi-RNA indicatori di altre patologie, tumorali o cardiache). L’ibridazione tra filamenti di DNA complementari potrà essere sfruttata anche per ancorare sulla superficie anticorpi specifici, in grado di riconoscere particolari antigeni virali/tumorali.
L’attività di tesi riguarderà la deposizione di filamenti di DNA su superficie mediante la tecnica del self-assembly e lo studio dei processi di riconoscimento molecolare (DNA/RNA, DNA/DNA/anticorpo/antigene) mediante microscopia a scansione a forza atomica (AFM) e mediante spettroscopia ottica (spettroellissometria) e di fotoemissione (XPS). Attraverso tecniche avanzate di nanolitografia AFM si potranno inoltre realizzare array di piattaforme sensibili per il riconoscimento parallelo di analiti diversi.


Referente: Ornella Cavalleri
Codice identificativo: 81
Inserimento: 04/07/2020 alle 22.19

I rivelatori KM3NeT usano gli idrofoni per la misura continua del posizionamento dei suoi componenti sottomarini. Gli idrofoni di KM3NeT sono sensibili ai suoni nella banda 5-80 KHz, questo permette la registrazione dei suoni emessi dai vari cetacei presenti nella zone dei rivelatori: Sicilia e Costa Azzurra. Durante la presenza delle orche a Genova nel Dicembre 2019, un prototipo dell'idrofono installato su KM3NeT è usato per registrare i suoni di questi animali in collaborazione con la Capitaneria di Porto. In questa tesi si propone di studiare i suoni registrati sui siti di KM3NeT per individuare le varie specie ed implementare algortmi di identificazione automatica dei suoni.

Referenti: Vladimir Kulikovskiy, Matteo Sanguineti
Codice identificativo: 78
Inserimento: 01/07/2020 alle 14.58

La tesi concerne un progetto di ricerca originale per lo sviluppo e la validazione di un modello fisico realistico dell'irradiazione cutanea, finalizzato ad applicazioni in radioterapia oncologica e radioprotezione.
L’attività comprende la creazione di un modello della pelle umana, in grado di rappresentare le caratteristiche di diverse aree cutanee e di adattarsi a peculiarità individuali, e lo studio degli effetti fisici delle interazioni di particelle in un semplice scenario di irradiazione. Particolare attenzione è rivolta alla caratterizzazione dell’energia depositata da elettroni in strati sottili e la penetrazione in volumi sottostanti, incorporando modelli fisici e metodi di analisi innovativi. Questo studio è propedeutico all’ottimizzazione della terapia di irradiazione totale cutanea per la cura di linfomi (Total Skin Electron Therapy), praticata in pochi centri al mondo, tra cui l’Ospedale Galliera a Genova; è associato al progetto di ricerca SkinScan, coordinato dall’INFN, vincitore del bando 2019 della Compagnia di San Paolo per enti di ricerca genovesi.
Il progetto si avvale di strumenti computazionali di vasto uso scientifico e industriale, fra i quali il toolkit di simulazione Geant4, il sistema R per l’analisi statistica e Enterprise Architect per progettazione di software.
La durata dell’attività è di circa sei mesi, modulabile in accordo con la/lo studente.
Lo svolgimento della tesi richiede cognizioni di base delle interazioni di particelle con la materia, di programmazione orientata agli oggetti, del linguaggio C++ e conoscenza della lingua inglese.
Nel corso della tesi la/lo studente riceverà una formazione su fisica, metodi statistici, tecnologie e strumenti computazionali relativi alla simulazione di sistemi sperimentali, rilevanti ad un ampio spettro di applicazioni scientifiche ed industriali.
I risultati scientifici scaturiti dalla tesi saranno pubblicati su riviste accademiche e presentati a conferenze internazionali.


Referenti: Maria Grazia Pia, Paolo Saracco
Codice identificativo: 50
Inserimento: 17/01/2020 alle 12.12

This works tries to find the general link between two set of data acquired with different modalities and sharing a common identity label. The link is heuristically determined by training a Deep Neural Network (DNN), whose architecture is optimized on the whole dataset using genetic programming. We shall also define the statistical criteria for determining the significance of the link.

We apply the methodology to a set of Positron Emission Tomography (PET) brain images and a set of Electro-EncephaloGraphic (EEG) records, acquired on the same cohort of subjects. The intent is to establish the presence of a link between PET & EEG; more specifically, whether the EEG data can determine the PET information and to which extent. The answer to this question is of paramount importance in the case of the amyloid-PET, that is a PET scan acquired with a tracer that binds the amyloid protein in the brain. Should we find a significant link to the EEG, it would have a dramatic implication in the early diagnosis of neuro-degenerative diseases.


Referente: Andrea Chincarini
Codice identificativo: 32
Inserimento: 16/01/2020 alle 13.45

I problemi di identificazione, segmentazione e caratterizzazione automatica di regioni clinicamente rilevanti in immagini celebrali sono formidabili. Essi sono dovuti a diversi fattori, che potremmo raggruppare in due macrocategorie: l'hardware (sorgenti, rilevatori, elettronica) e il trattamento dei dati (analisi statistiche, algoritmi). In questo contesto e' sempre piu' evidente che la sinergia tra medicina, fisica e informatica e' particolarmente feconda, sia nel migliorare la strumentazione, sia nella estrazione delle informazioni clinicamente rilevanti dai dati acquisiti.
Le peculiarita' della regione celebrale e delle patologie ad essa connesse richiedono un costante e oneroso ricorso all'analisi manuale ad opera di neuroradiologi esperti. L'impellenza di estendere la base dati e di migliorare il riconoscimento delle patologie ha reso necessario lo sviluppo di strumenti ad-hoc per l'analisi ed il trattamento delle neuroimmagini.
L'obiettivo della ricerca e' quello di fornire robusti strumenti computazionali orientati all'analisi delle immagini di risonanza magnetica nucleare (MRI) ed immagini funzionali di tomografia ad emissione di positroni (PET), sempre piu' usate ed accessibili al pubblico, migliorando la sensibilita' e la specificita' nel riconoscere patologie.
L'obiettivo di lungo termine consiste nell'applicare questi strumento allo studio della malattia di Alzheimer (AD) e per questo motivo gli algoritmi saranno dedicati all'analisi di strutture
anatomiche cerebrali di interesse per questa patologia, in particolare alla elaborazione di segnale PET con tracciante per amiloide.


Referente: Andrea Chincarini
Codice identificativo: 30
Inserimento: 16/01/2020 alle 13.39

Energy consumption has emerged as a key issue for designing next generation wireless networks for an all-pervasive spread of a low-cost Internet of Things (IoT). Energy-constrained wireless networks have limited lifetime due to the difficulty in replacing or recharging batteries in the nodes. The required power for a single node is ranging from a few mW to several W and wireless networks are frequently located in remote areas difficult to access. Conventional wind turbines and fuel/solar cells work on totally different energy scales (from kW to MW). These strategies cannot thus contribute to the IoT revolution. Only a U-turn in the small-scale/low-cost/low-power energy harvesting (EH) technologies would allow the ultimate spread of IoT.
Harvesting energy from low-speed (a few m/s) wind/water currents by elastically-mounted flapping wings is one of the most attractive, low-cost and efficient strategies [Mc81,B012] to extract energy from the environment in the power range of several mW. In the power range of several W, networks of many harvesters must be assembled.
There are however at least two crucial weaknesses shared by all flapping wing harvesters causing severe limitations to the further growth of their efficiency: i) turbulence, which is ubiquitous, must be filtered-out for the flapping to emerge; ii) the wake effect is detrimental [Ol19], inhibiting in this way the construction of spatially-confined networks of harvesters to increase the power from mW to W.
The aim of the thesis is to turn these weaknesses into strengths: the feasibility and originality of this thesis rely on the innovative idea of combining turbulence ubiquity with a new low-cost extraction/storage strategy. The ambitious target is to extract at least 1000 times the electric power nowadays achievable by networks of conventional flapping wing harvesters. The field of small-scale energy harvesting can in this way keep-up with fast-changing developments of wireless communication technologies, thus allowing a revolution for an all-pervasive spread of a low-cost IoT.

[Mc81] W. McKinney and J. DeLaurier, J. Energy, 109 (1981)
[Bo12] C. Boragno, R. Festa and A. Mazzino, Appl. Phys. Lett., 253906 (2012)
[Ol19] S. Olivieri, C. Boragno, R. Verzicco and A. Mazzino, J. Fluid Struct. 90, 334 (2019)


To be carried out in collaboration with the Okinawa Institute of Science and Technology
(Japan).


Referenti: Andrea Mazzino, Corrado Boragno
Codice identificativo: 4
Inserimento: 24/12/2019 alle 13.36

Col termine “nanoparticelle” si intende, impropriamente, il particolato atmosferico (ovvero gli agglomerati molecolari dispersi in atmosfera) con dimensione variabile tra alcuni e cinquanta nm. Mentre si assiste ad una crescente diffusione di questo particolare inquinante atmosferico, la conoscenza dei suoi effetti su salute e clima è assolutamente scarsa e contradditoria. Obiettivo della tesi è studiare un particolare fenomeno ovvero la possibilità che le nanoparticelle interferiscano con i batteri aereodispersi, altra componente del particolato atmosferico che ha origine naturale, aumentandone o riducendone la vitalità cioè la capacità di sopravvivere e moltiplicarsi. E’ un tema di grande ed evidente rilevanza visto che i batteri possono spostarsi in atmosfera anche per migliaia di chilometri, producendo effetti su animali e vegetali ma anche sul clima (ad esempio agendo come nuclei di condensazione per la formazione delle nubi). Si prevede di costruire un apparato prototipale, da utilizzare presso la camera di simulazione atmosferica ChAMBre (https://labfisa.ge.infn.it/index.php/chambre), struttura progettata e costruita per esperimenti di questo tipo, che consenta di iniettare contemporaneamente in camera nanoparticelle e batteri di diverso tipo e di misurare gli effetti sulla vitalità batterica. La ricerca si sviluppa all’interno di progetti e collaborazioni internazionali che affrontano la stessa tematica.
Il lavoro di tesi è di carattere sperimentale e multidisciplinare e spazia dalle tecniche di produzione e caratterizzazione delle nanoparticelle, alle metodologie di nebulizzazione e trasmissione del particolato atmosferico, al conteggio e la misura della vitalità di colonie batteriche.


Referenti: Paolo Prati, Dario Massabò
Codice identificativo: 3
Inserimento: 19/12/2019 alle 08.37

Il particolato atmosferico, spesso impropriamente identificato con il termine “polveri sottili”, è uno degli inquinanti più sfuggenti con effetti su salute e clima ancora sostanzialmente non compresi. Ad oggi è una delle componenti atmosferiche maggiormente studiate sia nelle aree urbane che in siti rurali e remoti. L’obiettivo della tesi, che si colloca all’interno di più vasti progetti e collaborazioni a carattere europeo e nazionale, è di eseguire misure, sia a campo che nella camera di simulazione atmosferica ChAMBre (https://labfisa.ge.infn.it/index.php/chambre), finalizzate a determinare il potenziale ossidativo del particolato atmosferico, in particolare di quello emesso dalla combustione di fossili. Il potenziale ossidativo è ritenuto essere un possibile indicatore degli effetti del particolato sulla salute ma la questione è tuttora controversa.
Il lavoro di tesi è di carattere sperimentale e spazia dalle tecniche di campionamento del particolato, alla sua caratterizzazione composizionale tramite analisi con fasci di ioni, ottiche e in cromatografia ionica, allo sviluppo e messa a punto degli apparati e dei sistemi di acquisizione dati per eseguire misure nelle condizioni controllate della camera di simulazione.


Referenti: Dario Massabò, Paolo Prati
Codice identificativo: 2
Inserimento: 19/12/2019 alle 08.35

Il controllo della concentrazione degli inquinanti atmosferici (gassosi e sotto forma di aerosol/particolato) tramite strumentazione a basso costo, e quindi adatta alla costruzione di reti di monitoraggio estese e ad alta granularità, è una necessità che si scontra con la scarsa affidabilità dei sensori disponibili in commercio. Obiettivo della tesi è di misurare le prestazioni di sensori di inquinanti atmosferici, in forma gassosa e di aerosol/particolato, confrontandole con quelle di strumentazione di riferimento al fine di sviluppare metodologie ed algoritmi di correzione dei dati per massimizzarne l’accuratezza. Sono previste misure con la strumentazione a campo e presso la camera di simulazione atmosferica ChAMBre (https://labfisa.ge.infn.it/index.php/chambre), dove è possibile produrre e mantenere atmosfere controllate ed in condizioni realistiche. Il lavoro si sviluppa nell’ambito di più ampi progetti, nazionali ed europei e che coinvolgono anche industrie e agenzie pubbliche, che affrontano la stessa tematica.
Il lavoro di tesi è di carattere sperimentale e spazia dalle tecniche di campionamento e misura degli inquinati atmosferici, alle tecniche di analisi composizionale, ottiche e in cromatografia ionica, allo sviluppo e messa a punto degli apparati e dei sistemi di acquisizione dati per eseguire misure nelle condizioni controllate della camera di simulazione.


Referenti: Paolo Prati, Dario Massabò
Codice identificativo: 1
Inserimento: 18/12/2019 alle 17.59

La possibilità di controllare la nanostrutturazione di superfici ha recentemente permesso lo studio fondamentale della peculiare interazione luce-materia su scala inferiore alla lunghezza d’onda della radiazione, e lo sviluppo di una vasta gamma di applicazioni dalle spettroscopie e microscopie ottiche, alla biosensoristica e alla fotonica (photodetectors e fotovoltaico). In questo contesto un aspetto interessante riguarda la nanofabbricazione su larga scala (cm2) di nanostrutture metalliche in grado di sostenere l’eccitazione di risonanze plasmoniche localizzate e di comportarsi come nanoantenne. L’amplificazione del campo elettromagnetico in prossimità di tali nanoantenne è cruciale per la rivelazione di segnali molto deboli, tipicamente emessi da molecole presenti bassa concentrazione sulla superficie (e.g. spettroscopia Raman). In parallelo la distribuzione di campo elettrico in prossimità di nanoantenne risonanti può essere misurata con risoluzione spaziale inferiore alla lunghezza d’onda della radiazione tramite tecniche di microscopia scanning probe accoppiate a fasci ottici (Scanning Near-field Optical Microscopy, SNOM). Scopo di questo lavoro di tesi è la nanofabbricazione di nanoantenne plasmoniche auto-organizzate risonanti nello spettro Infrarosso (IR) e Terahertz per applicazioni di spettroscopia SERS e di microscopia in campo prossimo(SNOM). Si ottimizzerà la nanostrutturazione di substrati IR-trasparenti per il confinamento di nanoantenne plasmoniche. Si misureranno le proprietà ottiche e morfologiche dei campioni ottenuti tramite microscopia SEM e AFM e spettroscopia ottica. Obiettivo finale della ricerca è la misura delle proprietà delle nanoantenne plasmoniche in regime di campo prossimo a frequenze IR. Tali misure verranno svolte in collaborazione con il prof. Ortolani (Università La Sapienza) e con il prof. Alessandri (Università di Brescia).

Referenti: Maria Caterina Giordano, Francesco Buatier de Mongeot
Codice identificativo: 74
Inserimento: 27/01/2020 alle 16.31

Il recente sviluppo di metodi di nanofabbricazione ha permesso lo studio della peculiare interazione luce-materia nel regime di taglia delle strutture inferiore alla lunghezza d’onda della radiazione incidente. In queste condizioni nanoparticelle metalliche risonanti possono comportarsi come nanoantenne plasmoniche in grado di amplificare (i) l’intensità del campo elettrico localizzato in loro prossimità e, (ii) l’intensità della radiazione diffusa a distanze macroscopiche.
In parallelo i sistemi nanofluidici offrono l’opportunità di studiare i fenomeni di trasporto nei fluidi alla nanoscala, aprendo una vasta gamma di applicazioni che spaziano dalla sensoristica e dalla diagnostica (lab on chip), alla raccolta e conversione di energia da fonti rinnovabili (energy harvesting).
L’accoppiamento di sistemi nanofluidici ultra-sottili a nanoantenne plasmoniche risonanti è interessante per lo studio fondamentale dell’interazione luce-fluido alla nanoscala. In particolare sono attesi effetti sulle proprietà di trasporto in condizioni di eccitazione risonante di nanoantenne plasmoniche fabbricate in prossimità di canali nanofluidici basati su materiali bi-dimensionali (2D).
Scopo del lavoro di tesi è il design e la nanofabbricazione di nanoantenne plasmoniche (Au, Ag) tramite litografia elettronica (EBL). Si svilupperà la fabbricazione di tali nanoantenne accoppiate a nanocanali ultra-sottili, nanofabbricati in materiali 2D (grafene). Si misureranno le proprietà ottiche e morfologiche dei sistemi plasmonici e ibridi tramite spettroscopia ottica e microscopia SEM e AFM.
Obiettivo finale della ricerca è la misura delle proprietà di trasporto dei nanocanali ibridi in condizioni risonanti. La fabbricazione dei sistemi nanofluidici e la misura delle proprietà di trasporto verranno condotte in collaborazione con il Prof. Alessandro Siria presso i laboratori CNRS & Ecole Normale Supérieure (Parigi).


Referenti: Maria Caterina Giordano, Francesco Buatier de Mongeot
Codice identificativo: 73
Inserimento: 27/01/2020 alle 16.28

Il progetto OLAGS si propone di sviluppare uno schema innovativo per misure ultrasensibili di gradiente gravitazionale per test di Fisica Fondamentale e per lo studio di fenomeni di interesse in Fisica Terrestre. Il metodo combina metodi avanzati di interferometria atomica e metrologia di frequenze ottiche, per collegare gravimetri atomici distanti. I gravimetri atomici hanno già raggiunto prestazioni paragonabili o addirittura migliori delle migliori controparti ottiche. Una caratteristica principale dei sensori ad interferometria atomica è la capacità di eseguire misure differenziali, in configurazione gradiometrica, con soppressione quasi perfetta del rumore di accelerazione indotto dalle vibrazioni. Questo è stato finora realizzato su distanze tra i sensori dell’ordine del metro. In OLAGS vengono sviluppati metodi per collegare in modo coerente sensori atomici a grande distanza, incrementando proporzionalmente la sensibilità al gradiente gravitazionale e alle sue variazioni temporali. Questo prevederà lo sviluppo di nuovi sistemi di misura e correlazione di rumore sismico su masse poste a distanza. Nel lavoro di tesi verranno studiati link attivi in fibra ottica per effettuare misure relative tra i sensori remoti, per permettere la misurazione dell'accelerazione di gravità differenziale su distanze arbitrarie, con sensori di piccola taglia. Verrà inoltre studiata la scalabilità del metodo in termini di numero di sensori e distanza relativa.
Le tecniche sviluppate potranno trovare applicazione nella ricerca di Dark Matter da campi ultraleggeri e nella rivelazione di Onde Gravitazionali. La rivelazione delle anomalie gravitazionali risulta inoltre importante nel monitoraggio dell’attività sismica e/o vulcanica.


Referente: Fiodor Sorrentino
Codice identificativo: 72
Inserimento: 22/01/2020 alle 16.04


Ad oggi è noto che è possibile modificare in modo controllato le proprietà chimiche ed elettroniche dei materiali a base di grafene mediante nanostrutturazione, drogaggio e / o sintesi a partire da opportuni precursori molecolari. Su sistemi 1D si sono ottenuti risultati interessanti a seguito di drogaggio con atomi non-metallici (P, N, B), mentre l’effetto dell’inserimento di atomi metallici ai fini di migliorare la reattività delle nanostrutture è stato simulato ma mancano ancora prove sperimentali. L'aumento dell'attività chimica rispetto a reazioni tecnologicamente rilevanti suggerisce un impatto di questi materiali sostenibili e a basso costo per applicazioni in catalisi e sensoristica; tuttavia sono necessarie sia una comprensione fondamentale delle proprietà di questa nuova classe di materiali, che è ancora agli inizi, sia la definizione di protocolli ben definiti per la produzione su larga scala.
La tesi verrà svolta nell’ambito del progetto MADAM (Metal Activated 2D cArbon-based platforMs) che si propone di sviluppare un protocollo per la sintesi di nanostrutture a base di carbonio drogate con atomi di metalli di transizione mediante polimerizzazione superficiale di precursori molecolari opportunamente selezionati. Successivamente la reattività delle nanostrutture verrà testata rispetto all’adsorbimento di molecole semplici di interesse catalitico (es. CO, CO2, O2).
La morfologia del sistema verrà studiata mediante microscopia e effetto tunnel a bassa temperatura (LT-STM) mentre la caratterizzazione chimica ed elettronica sarà effettuata mediante tecniche spettroscopiche (spettroscopie vibrazionale e di fotoemissione).
Lo studente acquisirà conoscenze di base sull’interazione molecola-superficie, sulla gestione di apparati da vuoto e sull’ utilizzo delle tecniche di misura utilizzate, oltre ai rudimenti di analisi ed interpretazione dei dati acquisiti.


Referenti: Gianangelo Bracco, Letizia Savio
Codice identificativo: 70
Inserimento: 19/01/2020 alle 23.26

L’ interazione di semplici molecole di interesse biologico, quali gli amino acidi, con superfici ha un ampio interesse sia a livello fondamentale che applicato, in particolare in riferimento ai temi della biocompatibilità, biocorrosione e biosensoristica. Mentre l’adsorbimento di amino acidi su superfici metalliche ha raggiunto ormai un notevole livello di comprensione e parecchio lavoro è stato fatto sulle superfici di ossidi, la frontiera della conoscenza si è spostata verso i materiali 2D di nuova generazione. In questa tesi proponiamo di studiare l’interazione di cisteina su monostrati di grafene supportato al fine di determinare le condizioni di adsorbimento stabile e la morfologia del layer organico. I film di grafene, preparati in un laboratorio terzo con tecniche di CVD facilmente scalabili, saranno introdotti negli apparati da ultra alto vuoto per la deposizione di amino acidi senza ulteriori trattamenti e saranno studiati inizialmente mediante spettroscopia di fotoemissione (XPS) e vibrazionale (HREELS) e/o mediante microscopia a scansione a effetto tunnel (STM).
Lo studente acquisirà conoscenze di base sull’interazione molecola-superficie, sulla gestione di apparati da vuoto e sull’ utilizzo delle tecniche di misura utilizzate, oltre ai rudimenti di analisi ed interpretazione dei dati acquisiti.
Tesi nell’ambito del progetto PRIN2017 MADAM.


Referenti: Mario Rocca, Letizia Savio
Codice identificativo: 69
Inserimento: 19/01/2020 alle 23.23

I materiali bidimensionali costituiscono un’ampia famiglia di semiconduttori, isolanti e metalli la cui caratteristica comune è essere costituiti da un singolo layer di atomi. I materiali bidimensionali costituiscono attualmente uno degli argomenti di ricerca di maggior interesse in fisica della materia, perché consentono di osservare fenomeni che non si manifestano nei materiali tridimensionali. Alcuni materiali bidimensionali mostrano un’interazione luce-materia straordinariamente forte, che apre nuove possibilità in campi come la nanofotonica, l’optoelettronica, e l’ottica quantistica. In generale, le loro proprietà ottiche sono determinate da eccitoni, cioè sistemi elettrone-lacuna che si formano a seguito di interazioni con fotoni. Questi eccitoni mostrano una forte dipendenza dalle condizioni ambientali (temperatura, campi magnetici), e offrono quindi la possibilità di realizzare materiali con caratteristiche ottiche ed elettroniche create ad hoc. Di conseguenza, lo studio degli eccitoni in diverse condizioni sperimentali ha un grande interesse scientifico e tecnologico.

La tesi proposta verterà sullo studio delle proprietà eccitoniche di materiali bidimensionali. Grazie all’utilizzo di diverse tecniche spettroscopiche (tra cui ellissometria, micro-spettroscopia Raman confocale, fotoemissione da raggi X), si studieranno le caratteristiche ottiche ed elettroniche di alcuni tra i più promettenti materiali bidimensionali, e la loro evoluzione al variare della temperatura. I risultati saranno analizzati, interpretati e modellizzati attraverso algoritmi e programmi dedicati. La tesi permetterà al candidato di condurre una ricerca di rilevante valore scientifico, di familiarizzare con le principali tecniche di caratterizzazione ottica dei materiali, e di partecipare a un progetto che comprende collaborazioni nazionali ed internazionali.


Referenti: Maurizio Canepa, Michele Magnozzi
Codice identificativo: 37
Inserimento: 16/01/2020 alle 18.02

Particelle metalliche con dimensioni nanometriche possono essere sfruttate come dissipatori locali di energia elettromagnetica (EM), di fatto tramutandosi in nano-riscaldatori capaci di erogare calore entro regioni spaziali di dimensioni molto inferiori alla lunghezza d’onda della radiazione EM di eccitazione. Nel caso le particelle metalliche soddisfino le condizioni per la risonanza plasmonica localizzata di superficie (LSPR), la sezione d’urto per dissipazione di energia EM è ulteriormente amplificata rispetto ai casi non risonanti, aumentando l’efficienza del sistema. Lo studio di tali fenomeni prende il nome di “termoplasmonica”.
La termoplasmonica, oltre all’interesse fondamentale, viene sfruttata per ipertermia localizzata o registrazione magnetica assistita da calore (HAMRE), e si presta ad applicazioni ultraveloci, in cui la radiazione EM è nella forma di un impulso laser di poche decine di femtosecondi.
La tesi riguarderà lo studio della risposta termoplamonica di nanostrutture di alluminio (circa 120 nm di diametro) realizzate mediante litografia elettronica. Si studierà la risposta termo-ottica di tali sistemi in condizioni stazionarie e sotto l’effetto di irraggiamento ultraveloce, avvalendosi anche di collaborazioni esterne. Si perseguirà inoltre la calibrazione dell’andamento temporale su scala ultraveloce della temperatura delle nanostrutture confrontando con corrispondenti misure “steady-state” in funzione della temperatura del sistema.
L’attività di tesi comporterà l’utilizzo di apparati per spettrometria ottica a livello avanzato, l’apprendimento di tecniche di microscopia (ottica e a scansione di sonda) e di spettroscopie fotoelettroniche, oltre a tecniche avanzate di analisi, elaborazione e simulazione dati via software. Il candidato deve possedere buona attitudine all’attività di laboratorio, propensione alla sintesi e all’apprendimento di funzionalità software, e capacità di lavorare in team.


Referenti: Francesco Bisio, Maurizio Canepa
Codice identificativo: 25
Inserimento: 15/01/2020 alle 13.06


La tesi si colloca nell'ambito della fisica sperimentale delle particelle elementari ad alta energia e verrà svolta nell'esperimento ATLAS al collider protone-protone LHC
L'identificazione del sapore dei quark che, adronizzando, danno vita a fiotti (jet) di particelle
costituisce un elemento chiave per la fisica di LHC. L'identificazione del quark charm (c-tagging) è particolarmente complessa perché i jet da esso prodotti presentano caratteristiche intermedie tra i jet prodotti da quark leggeri e i jet prodotti da quark beauty.
Obiettivo della tesi è lo sviluppo di un c-tagging innovativo che combini metodi di Machine Learning con la ricostruzione esplicita (completa o parziale) degli adroni con charm; tale algoritmo può avere impatto positivi anche sul b-tagging (dato il decadimento prevalente in charm del quark beauty).
L'impatto di questo nuovo strumento di identificazione sarà quindi valutato applicandolo allo studio del decadimento del bosone di Higgs in coppie di quark charm (canale ancora non misurato) ed alla ricerca di stati finali con charm rilevanti per la ricerca di fisica oltre il Modello Standard.



Referenti: Fabrizio Parodi, Carlo Schiavi
Codice identificativo: 68
Inserimento: 19/01/2020 alle 22.36

Il gruppo CMS di Genova partecipa ad alcuni progetti legati allo sviluppo di sensori al silicio di nuova concezione che permettano, oltre alla misura di posizione, una misura di tempo con risoluzione molto spinta. I sensori sono basati su tecnologia ‘LGAD’, con un sottile strato di amplificazione interno, o su tecnologia ‘3D’ appositamente ottimizzata per la misura del tempo. In entrambi i casi, i dispositivi realizzati si sono dimostrati in grado di raggiungere risoluzioni temporali inferiori ai 30 ps. In alcuni casi, le misure sono state effettuate utilizzando elettronica di lettura appositamente sviluppata a Genova. L’utilizzo di rivelatori con queste caratteristiche sarà di importanza centrale nei prossimi anni in diversi ambiti, tra cui la realizzazione di rivelatori di particelle per gli esperimenti di nuova generazione, e l’ottimizzazione e il controllo di apparecchiature biomediche per diagnosi e terapia. La tesi prevede di partecipare ai test dei nuovi sensori in corso di realizzazione, sia in laboratorio “a banco” che su fasci di test in laboratori internazionali, con attività sia hardware che software per l’analisi dei dati raccolti. È possibile inoltre un contributo allo sviluppo di nuove schede di elettronica per la lettura del segnale.

Referenti: Enrico Robutti, Silvano Tosi
Codice identificativo: 66
Inserimento: 18/01/2020 alle 10.32

Tra il 2016 e il 2018 il Precision Proton Spectrometer di CMS, presso il Large Hadron Collider del CERN, ha permesso per la prima volta di rivelare protoni diffusi a piccolissimo angolo in interazioni protone-protone ad altissima energia e luminosità. Cuore dell’apparato, nel 2017 e 2018 è stato il tracciatore a pixel di silicio, con tecnologia 3D, costruito con contributo determinante del gruppo CMS di Genova. Per la prossima presa dati del 2021-2024, il gruppo ne sta costruendo una versione aggiornata, con nuovi sensori ed elettronica di lettura. La proposta di tesi riguarda tutte le fasi che porteranno alla realizzazione del rivelatore: assemblaggio, test e caratterizzazione dei moduli, e loro successiva integrazione nel sistema. Le attività saranno svolte sia a Genova che nei laboratori del CERN.

Referenti: Enrico Robutti, Silvano Tosi
Codice identificativo: 65
Inserimento: 18/01/2020 alle 09.09

Gli esperimenti di fisica delle particelle ad alta energia pongono diverse sfide dal punto di vista statistico, di grande rilevanza per le comunità sperimentali e teoriche.
Una delle più complesse riguarda l'inferenza statistica, l'interpretazione, la distribuzione e
la combinazione dei risultati sperimentali. Lo strumento con cui gli esperimenti riassumono
l'informazione estratta dai dati sperimentali è la funzione di verosimiglianza (Likelihood),
spesso di dimensionalità molto elevata (centinaia di parametri).
Questa funzione, tuttavia, non è quasi mai distribuita pubblicamente dagli esperimenti: spesso infatti viene calcolata mediante procedure complicate (a volte approssimate)
e con framework software proprietari.
Lo strumento della DNNLikelihood da noi sviluppato (basato sulla semplice idea di
interpolare la Likelihood con una rete neurale profonda (DNN))
risolve questo problema rendendo potenzialmente disponibile a tutta la comunità
i risultati sperimentali più recenti.
Proponiamo diversi progetti di tesi inerenti a DNNLikelihood per calcolare, campionare e distribuire in modo più efficiente la funzione di Likelihood, e quindi i risultati sperimentali.
Il candidato ottimizzerà ed applicherà lo strumento della DNNLikelihood ai dati, pubblicamente disponibili, di diverse fonti sperimentali (ATLAS, HEPFit, Astro/Cosmo) e li combinerà per indagare scostamenti rispetto alle predizioni del Modello Standard e, eventualmente, individuare possibili scenari di nuova fisica.
Durante il lavoro di tesi, il candidato svilupperà competenze nell'ambito del trattamento statistico dei dati e della loro interpretazione all'interno di modelli teorici, nella programmazione in Python e nell'utilizzo delle relative librerie di DNN (TensorFlow, Keras). Lavorare in un ambiente scientifico internazionale fornirà ulteriore stimolo e motivazione.

Contatti:
Riccardo Torre (INFN, Sezione di Genova e CERN): riccardo.torre@ge.infn.it
Andrea Coccaro (INFN, Sezione di Genova): andrea.coccaro@ge.infn.it
Fabrizio Parodi (Università di Genova e INFN, Sezione di Genova): fabrizio.parodi@ge.infn.it


Referenti: Riccardo Torre, Fabrizio Parodi
Codice identificativo: 64
Inserimento: 17/01/2020 alle 21.09

La misura del processo di produzione associata di bosoni vettore (W o Z) e di quarks charm o beauty (cioè di ``sapore pesante'') permette il test di molteplici aspetti del Modello Standard delle particelle, sia nella sua componente di interazioni elettrodeboli, sia nella sua componente di interazioni forti, governate dalla cromodinamica quantistica.
Durante la tesi lo studente svilupperà, in parte o completamente, l'analisi di questo processo in collisioni protone-protone di alta energia ottenute durante l'intero Run 2 del Large Hadron Collider (LHC) presso il CERN. L'elevata statistica dei dati raccolti, e l'utilizzo di tecniche di analisi multi-variate per l'identificatine di quark pesanti, possono permettere misure innovative o con precisione al di là di ogni risultato precedente.
Elemento cruciale dell'analisi sarà la stima degli eventi di segnale e di rumore, ottenibile tramite l'uso di simulazioni Monte Carlo in combinazione con algoritmi che sfruttano regioni di controllo nei dati.
Infine una procedura di analisi statistica, detta "unfolding'', sarà utilizzata per misurare le distribuzioni cinematiche dei partoni, in modo da permettere l'interpretazione dei risultati in funzione delle più recenti previsioni teoriche; su questo aspetto sarà possibile discutere e collaborare con il gruppo teorico dell'INFN e Università di Genova.


Referenti: Federico Sforza, Fabrizio Parodi
Codice identificativo: 63
Inserimento: 17/01/2020 alle 20.56

Per il principio di sovrapposizione in meccanica quantistica ogni combinazione lineare di stati è uno stato quantistico e questo principio vale per sistemi isolati. L'ambiente esterno può distruggere la coerenza tra gli stati di un sistema quantistico. Nel mondo reale, una particella quantistica, come un neutrino, è immersa in un ambiente esterno. Ed è proprio l'ambiente esterno la causa del fenomeno noto come decorrenza quantistica: ovvero il collasso della funzione d’onda come conseguenza dell’interazione irreversibile fra i sistemi quantistici e l’ambiente esterno.
L'oscillazione dei neutrini così come è nota oggi, può avvenire solo se i neutrini di un dato sapore sono rappresentati da una sovrapposizione coerente di stati di massa. Tuttavia, a causa del fenomeno della decoerenza quantistica, l'ambiente esterno può influenzare il neutrino in modo tale che si violi la sovrapposizione coerente degli stati. In questo scenario, il pattern di oscillazione dei neutrini viene modificato. Tale violazione prende il nome di decoerenza quantistica degli stati dei neutrini e ha come conseguenza la soppressione delle oscillazioni dei neutrini.
Lo studio della decoerenza quantistica è molto importante perché permette di spiegare effetti quantistici, come la soppressione della funzione d'onda quando viene misurata, che ad oggi non sono concettualmente capiti.
In questo senso, si possono studiare le oscillazioni dei neutrini per cercare l'effetto della decoerenza quantistica. Tale studio verrà fatto per mezzo del telescopio sottomarino di neutrini KM3NeT che è in fase di costruzione nelle profondità del Mar Mediterraneo. La tesi propone uno studio della sensibilità di KM3NeT per tale misura che può avere un'interessane impatto nella comunità scientifica. Tale tesi verrà svolta in collaborazione con l'Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP), Germania.


Referenti: Alba Domi, Matteo Sanguineti
Codice identificativo: 60
Inserimento: 17/01/2020 alle 17.23

La tesi concerne l’analisi di osservabili caratterizzanti la diversità della produzione scientifica in fisica delle particelle, nucleare e astrofisica, e la sua evoluzione temporale, con particolare attenzione alla cosiddetta “big science”. La quantificazione oggettiva della diversità utilizza metriche basate sul concetto di entropia definito in teoria dell’informazione e metodi statistici di analisi; si tratta di un approccio di ricerca originale e pionieristico, che ha suscitato grande interesse nelle conferenze di fisica delle particelle e tecnologie nucleari in cui sono stati presentati i primi risultati.
L’attività di tesi si propone di approfondire le indicazioni preliminari ottenute da una iniziale analisi esplorativa, con l’intento di finalizzare una o piú pubblicazioni scientifiche. Per questo scopo è necessario estendere il campione di dati scientometrici e sviluppare ulteriormente l’analisi delle metriche su rigorose basi concettuali e matematiche.
La durata dell’attività è di circa sei mesi, modulabile in accordo con la/lo studente.
Lo svolgimento della tesi richiede cognizioni di base di programmazione e conoscenza della lingua inglese.
Nel corso della tesi la/lo studente riceverà una formazione su metodi statistici di analisi, tecnologie e strumenti computazionali, rilevanti ad un ampio spettro di applicazioni scientifiche ed industriali.
I risultati scientifici prodotti nel contesto della tesi saranno pubblicati su riviste accademiche e presentati a conferenze internazionali.


Referente: Maria Grazia Pia
Codice identificativo: 58
Inserimento: 17/01/2020 alle 16.50

L’esperimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) osserverà i neutrini generati dal fascio più intenso al mondo, in costruzione al Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia (Illinois), attraverso due rivelatori, uno situato vicino alla sorgente (Near Detector) e uno molto più grande (Far Detector, 40kton di volume fiduciale), situato a 1300 km di distanza presso il Sanford Underground Research Laboratory in Lead, South Dakota. Lo scopo dell’esperimento è la misura precisa dei parametri di oscillazione dei neutrini (δCP, θ23), a cui si aggiungono misure su neutrini emessi da esplosione di supernova e di ricerca di nuova fisica (osservazione del decadimento del protone,..).
Il rivelatore Near Detector è fondamentale per ridurre le sistematiche nelle misure di oscillazione nel Far Detector, attraverso una precisa conoscenza delle caratteristiche del fascio (spettro e composizione nei diversi flavor) e una misura precisa di sezione d’urto di interazioni neutrino-Ar alle energie del GeV. Nello stesso tempo, data l’intensità e le caratteristiche del fascio di neutrini, lo stesso rivelatore consentirà di effettuare studi sugli effetti nucleari nelle interazioni neutrino-nucleo e misure di ricerca di materia oscura e di ricerca di nuova fisica.
Attualmente il rivelatore Near Detector è in fase di progettazione e il gruppo di Genova è attivamente coinvolto in questa attività. Il laureando svolgerà quindi un lavoro di sviluppo di simulazione Monte Carlo e di analisi dei dati, finalizzato all’ottimizzazione del rivelatore e alla stima delle performance attese.


Referenti: Marco Pallavicini, Lea Di Noto
Codice identificativo: 56
Inserimento: 17/01/2020 alle 16.13

I rivelatori ad Argon Liquido, molto diffusi negli esperimenti di grande scala nella fisica del neutrino e della materia oscura, sono comunemente usati per la ricostruzione di tracce di particelle attraverso TPC (Time Projection Chamber) in grado di sfruttare il segnale generato dalla carica di ionizzazione. Tuttavia, data l’abbondanza della luce di scintillazione generata nell’Argon liquido, attraverso un adeguato sistema ottico e i rivelatori di luce (Silicon Photon Multiplier), potrebbe essere possibile ottenere immagini delle tracce di particelle e dei vertici delle interazioni dei neutrini direttamente dalla luce di scintillazione.
Il lavoro di tesi sarà centrato sulla progettazione e simulazione del sistema ottico costituito da lenti per la riproduzione delle immagini generate dalle tracce delle particelle cariche all’interno del volume del rivelatore. Simulazioni di “ray-tracing” per l’ottimizzazione del sistema ottico e per la progettazione di un prototipo e lo sviluppo di eventuali test del prototipo e dei sensori di luce in ambito criogenico saranno l’obiettivo della tesi. Una buona conoscenza dei dispositivi fotografici e la passione per la fotografia sono prerequisiti certamente molto utili (anche se non strettamente necessari) per lo svolgimento del lavoro.


Referenti: Marco Pallavicini, Lea Di Noto
Codice identificativo: 55
Inserimento: 17/01/2020 alle 16.13

La tesi concerne la validazione di modelli fisici delle interazioni di elettroni nella materia contenuti nel toolkit di simulazione Geant4, mediante confronto con misure sperimentali di alta precisione.
Geant4 è un sistema di simulazione Monte Carlo delle interazioni di particelle con la materia. È utilizzato in molteplici ambiti di ricerca scientifica e applicazioni industriali, fra cui la fisica delle particelle e nucleare, l’astrofisica e le scienze dello spazio, la fisica medica, la radioprotezione etc.
La tesi concerne la validazione dei processi fisici di Geant4 relativi a elettroni di bassa energia, che è di cruciale importanza in svariati contesti sperimentali – dalla fisica fondamentale alla radioterapia oncologica. Il test di validazione comprende il confronto di osservabili simulate da Geant4 con misure in varie configurazioni sperimentali, utilizzando metodi avanzati di inferenza statistica.
Poiché precedenti analisi hanno evidenziato criticità nell’accuratezza e stabilità di alcuni modelli fisici di Geant4 relativi al trasporto di elettroni, i risultati prodotti nel contesto della tesi con una nuova versione di Geant4 sono di grande interesse per la comunità scientifica.
La durata dell’attività è di circa sei mesi, modulabile in accordo con la/lo studente.
Lo svolgimento della tesi richiede cognizioni di base delle interazioni di particelle con la materia, di programmazione orientata agli oggetti, del linguaggio C++ e conoscenza della lingua inglese.
Nel corso della tesi la/lo studente riceverà una formazione su fisica, metodi statistici, tecnologie e strumenti computazionali relativi alla simulazione di sistemi sperimentali, rilevanti ad un ampio spettro di applicazioni scientifiche ed industriali.
I risultati scientifici prodotti nel contesto della tesi saranno pubblicati su riviste accademiche e presentati a conferenze internazionali.


Referenti: Maria Grazia Pia, Paolo Saracco
Codice identificativo: 52
Inserimento: 17/01/2020 alle 14.30

Le reazioni 12C(p,γ)13N e 13C(p,γ)14N determinano le abbondanze relative degli isotopi del Carbonio interessate dalla combustione dell’idrogeno. Quando una stella esce dalla sequenza principale questi rapporti sono modificati dai movimenti convettivi: secondo gli attuali modelli stellari, in una stella gigante rossa appena formata si attendono valori di 12C/13C~20-25. Tuttavia sia nella Via Lattea che nella Nube di Magellano sono stati misurati valori tra 6 e 18 per le stelle con masse inferiori alle 1.5 masse solari.
Uno studio preciso di queste reazioni alle energie stellari è un prerequisito importante per comprendere le ragioni di questa discrepanza. In letteratura esistono dati ottenuti negli anni ’70 che non concordano sul relativo contributo dei meccanismi di reazione risonante e non.

La collaborazione LUNA a partire da settembre 2019, ha iniziato un studio sistematico di queste due reazioni con l’acceleratore LUNA-400 presso i Laboratori Nazionale del Gran Sasso. Grazie alla significativa riduzione dei fondi cosmici ottenuta grazie alla schermatura della montagna, è possibile estendere lo studio a basse energie ad oggi non ancora esplorate (~80 keV). L’apparato sperimentale consiste in un rivelatore al germanio posto all’interno di una schermatura di piombo ed in prossimità di un bersaglio solido ottenuto evaporando carbonio su un foglio di Tantalio. Alle energie più basse il rivelatore a germanio sarà sostituito con un rivelatore BGO, che ha una risoluzione in energia peggiore ma un’efficienza molto più elevata.

In maggio – luglio 2020 è previsto un secondo periodo di presa dati.
Sono disponibili tesi di tipo sperimentale, legate sia alla presa dati che alla loro analisi. Si propone, in caso di interesse da parte del candidato, anche lo sviluppo di un codice di simulazione specifico per la reazione.


Referenti: Zavatarelli Sandra, Prati Paolo
Codice identificativo: 51
Inserimento: 17/01/2020 alle 12.15

Il neutrino è una particella standard oppure è l’antiparticella di sé stesso, come predetto da Ettore Majorana?
La risposta potrebbe venire dallo studio del doppio decadimento beta senza neutrini, e avrebbe implicazioni fondamentali in fisica delle particelle e in cosmologia.
L'esperimento CUORE ricerca il doppio decadimento beta presso i Laboratori del Gran Sasso con una matrice di calorimetri criogenici fatti funzionare ad una temperatura prossima allo zero assoluto.
La tesi consisterà in attività di analisi dei dati dell'esperimento.
Sono previsti periodi di attività presso i Laboratori del Gran Sasso dell'INFN.


Referenti: Sergio Di Domizio, Marco Pallavicini
Codice identificativo: 49
Inserimento: 17/01/2020 alle 11.43

La scoperta del bosone di Higgs ha chiarito il meccanismo alla base dell’origine della massa delle particelle nel Modello Standard. Ciononostante, le proprietà del bosone di Higgs sono conosciute con precisione insufficiente ad indicarci eventuali segnali di nuova fisica ed, in particolare, il più abbondante processo di decadimento del bosone di Higgs, in una coppia di quark beauty (H → bb), è stato misurato solo recentemente e con una precisione del 20%.
La principali attività su cui possono essere svolti lavori di tesi magistrale consiste nell’analisi dei dati raccolti dall’esperimento ATLAS nelle collisioni protone-protone 13, con l’obbiettivo di migliorare la misura del decadimento H → bb grazie all'utilizzo di tecniche innovative per la selezione di candidati H → bb per la ricostruzione di oggetti boosted e all'ottimizzazione della separazione tra segnale e fondo in modalità specifiche di produzione del bosone di Higgs, come la produzione tramite fusione di bosoni vettori (W o Z) o in associazione con un singolo bosone vettore. Si prevede anche una diretta collaborazione con il gruppo teorico dell’INFN e Università di Genova.


Referenti: Andrea Coccaro, Federico Sforza
Codice identificativo: 48
Inserimento: 17/01/2020 alle 10.41

Gli oggetti più abbondantemente prodotti nelle collisioni protone-protone ad LHC e registrati dall’esperimento ATLAS sono i jet, ovvero particelle originate dalla presenza di quark o gluoni, collimate all’interno di un cono relativamente stretto. L’identificazione di jet provenienti da quark beauty (b-jet), denominata b-tagging, svolge un ruolo cruciale negli esperimenti di fisica delle alte energie, sia per misure di precisione nel Modello Standard (ad es. studio del decadimento del bosone di Higgs), sia per esplorare scenari di nuova fisica. Data la non trascurabile vita media delle particelle che essi contengono, i b-jet sono identificati da una catena di decadimenti che si origina ad una significativa distanza dalla posizione della collisione protone-protone.
Le principali attività su cui può essere svolto un lavoro di tesi sono: miglioramento della selezione di b-jet con elevato impulso; sviluppo di nuovi approcci per l’identificazione di jet sovrapposti in topologie con boost; messa a punto di una ricostruzione topologica della catena di decadimenti all’interno di un b-jet. In tutti i filoni d'indagine, giocano un ruolo fondamentale le moderne tecniche di machine learning. Sarà infine importante valutare le ricadute di ogni sviluppo sulla capacità di estrarre misure fisiche fondamentali dai dati raccolti dall’esperimento.


Referenti: Carlo Schiavi, Andrea Coccaro
Codice identificativo: 47
Inserimento: 17/01/2020 alle 10.31

Il “fotone oscuro” è una ipotetica nuova particella elementare predetta teoricamente da diverse estensioni del Modello Standard. Esso ha proprietà simili a quelle del fotone ordinario – in particolare i numeri quantici – ma, a differenza di esso, possiede una massa non nulla e la sua interazione con le particelle cariche è fortemente soppressa. Recentemente, misure sperimentali di decadimenti nucleari di 4He e 8Be per creazione di coppia interna hanno evidenziato un possibile segnale a supporto di questa ipotesi, dovuto ad un fotone oscuro di massa circa 17 MeV/c – il cosidetto “bosone X17”. Questi risultati hanno avuto un grande impatto nella comunità scientifica e nei media [1]: se confermata, l'esistenza del bosone X17 sarebbe la prima inequivocabile evidenza di nuova fisica oltre la conoscenza attuale.
L’esperimento HPS (“Heavy Photon Search”) presso il Jefferson Laboratory (Newport News, Virgina, USA) ha come obiettivo la ricerca del fotone oscuro, sfruttando il meccanismo di produzione di tipo Bremmstrahlung da parte di un fascio di elettroni di alta energia che incide su un bersaglio sottile in Tungsteno. Il fotone oscuro e' cercato misurando le coppie elettrone-positrone prodotte dal suo decadimento con uno spettrometro ad alta accettanza costituito da un tracciatore in Silicio ed un calorimetro elettromagnetico in cristalli di Tungstato di Piombo. HPS ha già completato due primi periodi di presa dati preliminari, con limitata copertura statistica, i cui risultati hanno dimostrato la validità e le prestazioni dell’esperimento.

Questo progetti di tesi ha come obiettivo lo studio di fattibilità per una misura dedicata alla ricerca della particella X17, determinando i parametri ottimali del setup sperimentale al fine di massimizzare la sensibilità al segnale. Tale studio verrà realizzato tramite simulazioni Montecarlo, sfruttano gli strumenti di calcolo già sviluppati in HPS. I risultati così ottenuti saranno discussi dal tesista con l’intera collaborazione durante uno dei meeting di collaborazione negli USA, e costituiranno la base per la futura misura.

[1] https://edition.cnn.com/2019/11/22/world/fifth-force-of-nature-scn-trnd/index.html


Referenti: Andrea Celentano, Marco Battaglieri
Codice identificativo: 46
Inserimento: 17/01/2020 alle 10.06

Euclid e' una missione dell'ESA che verra' lanciata nel 2022 su satellite. L'apparato sperimentale include un telescopio ottico ed uno a infrarossi, dotato di uno spettrometro. Al fine di valutare le performance dell'esperimento sulla misura di diverse osservabili cosmologiche, al momento si utilizzano simulazioni basate su parametrizzazioni empiriche della risposta degli strumenti e dei fondi principali. In questa tesi si propone di effettuare una simulazione piu' dettagliata della risposta degli strumenti e dell'impatto dei principali fondi fisici e strumentali utilizzando le proprieta' note di interazione tra radiazione e materia: cio' consentira' da un lato di avere una descrizione piu' realistica e precisa da utilizzare per il confronto con i dati che verranno raccolti e dall'altro di avere un framework software che possa essere utilizzato anche da altre esistenti o future missioni su satellite.

Referenti: Stefano Davini, Silvano Tosi
Codice identificativo: 39
Inserimento: 16/01/2020 alle 20.28

Euclid e' una missione dell'ESA che verra' lanciata nel 2022 con lo scopo rispondere ad alcune domande fondamentali della moderna cosmologia, quali natura e caratteristiche di energia oscura e materia oscura e il ruolo dei neutrini nell'evoluzione dell'universo. In questa tesi proponiamo di effettuare uno studio di previsione delle performance di Euclid circa la misura della massa totale dei neutrini e l'impatto sull'evoluzione cosmologica. Verranno utilizzate simulazioni dell'apparato sperimentale e si effettueranno forecast in vari scenari realistici sui limiti che Euclid potra' porre sulla massa dei neutrini, eventualmente valutando l'impatto sui modelli teorici che prevedono l'esistenza di neutrini sterili.

Referenti: Stefano Davini, Silvano Tosi
Codice identificativo: 38
Inserimento: 16/01/2020 alle 20.27

DarkSide è un esperimento internazionale di ricerca diretta di materia oscura (urti di particelle di materia oscura su nuclei) situato presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso in fase di costruzione. L’apparato sperimentale prevede una TPC a doppia fase riempita con Argon liquido depleto in 39Ar. Grazie ad un’accurata strategia di selezione dei materiali e di veto, DarkSide è un esperimento a fondo nullo. Attualmente la versione DarkSide-50, contenente 50 kg di Argon liquido ultrapuro è in fase di presa dati e la collaborazione è impegnata nella finalizzazione del progetto di DarkSide-20k, che permetterà di aumentare la massa in analisi di tre ordini di grandezza ed utilizzerà tecnologie innovative per la rivelazione della luce di scintillazione prodotta dall’argon liquido.
Il sistema di veto, di responsabilità genovese, ha il compito di moderare, catturare e rivelare neutroni (fondo per la misura di materia oscura) utilizzando particolari materiali plastici e luce di scintillazione in argon liquido.

In questa tesi proponiamo lo sviluppo del codice di simulazione del veto e dell’analisi delle prestazioni del rivelatore. Parallelamente allo sviluppo del codice di simulazione, presso la sezione di Genova, è in corso il test degli elementi costitutivi del veto. Di conseguenza, è importante che la simulazione modellizzi in modo accurato il comportamento dei componenti del veto, alla luce dei test fatti sui primi prototipi al fine di poter avere stime realistiche delle prestazioni del rivelatore.


Referenti: Marco Pallavicini, Gemma Testera, Alessio Caminata
Codice identificativo: 36
Inserimento: 16/01/2020 alle 17.23

DarkSide è un esperimento internazionale di ricerca diretta di materia oscura (urti di particelle di materia oscura su nuclei) situato presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso in fase di costruzione. L’apparato sperimentale prevede una TPC a doppia fase riempita con Argon liquido depleto in 39Ar. Grazie ad un’accurata strategia di selezione dei materiali e di veto, DarkSide è un esperimento a fondo nullo. Attualmente la versione DarkSide-50, contenente 50 kg di Argon liquido ultrapuro è in fase di presa dati e la collaborazione è impegnata nella finalizzazione del progetto di DarkSide-20k, che permetterà di aumentare la massa in analisi di tre ordini di grandezza ed utilizzerà tecnologie innovative per la rivelazione della luce di scintillazione prodotta dall’argon liquido.
Il sistema di veto, di responsabilità genovese, ha il compito di moderare, catturare e rivelare neutroni (fondo per la misura di materia oscura) utilizzando particolari materiali plastici e luce di scintillazione in argon liquido.

In questa tesi proponiamo lo sviluppo e la caratterizzazione in ambiente criogenico dei moduli fondamentali di cui sarà composto il veto (Veto Detection Unit - VDU). Ogni VDU sarà composta da un moderatore di neutroni drogato con gadolinio (grande sezione d’urto di cattura ed energia rilasciata nel processo (n, γ)), una quindicina di rivelatori di luce (silicon photomultipliers) e schede di elettronica per l’alimentazione dei sensori e per la trasmissione del segnale attraverso fibre ottiche.


Referenti: Marco Pallavicini, Gemma Testera, Alessio Caminata
Codice identificativo: 35
Inserimento: 16/01/2020 alle 17.22

DarkSide è un esperimento internazionale di ricerca diretta di materia oscura (urti di particelle di materia oscura su nuclei) situato presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso in fase di costruzione. L’apparato sperimentale prevede una TPC a doppia fase riempita con Argon liquido depleto in 39Ar. Grazie ad un’accurata strategia di selezione dei materiali e di veto, DarkSide è un esperimento a fondo nullo. Attualmente la versione DarkSide-50, contenente 50 kg di Argon liquido ultrapuro è in fase di presa dati e la collaborazione è impegnata nella finalizzazione del progetto di DarkSide-20k, che permetterà di aumentare la massa in analisi di tre ordini di grandezza ed utilizzerà tecnologie innovative per la rivelazione della luce di scintillazione prodotta dall’argon liquido.
Il sistema di veto, di responsabilità genovese, ha il compito di moderare, catturare e rivelare neutroni (fondo per la misura di materia oscura) utilizzando particolari materiali plastici e luce di scintillazione in argon liquido.

La tesi propone di inserirsi nell’attività in corso per il test e la qualifica attraverso test criogenici di schede di elettronica operanti alla temperatura dell’argon liquido e realizzate con materiali radiopuri che abbiano il compito di alimentare e comandare i fotosensori di DarkSide-20k nonché si occupino della trasmissione, attraverso fibra ottica, del segnale.


Referenti: Marco Pallavicini, Gemma Testera, Alessio Caminata
Codice identificativo: 34
Inserimento: 16/01/2020 alle 17.22

L’attività della tesi si concentra su sviluppo e qualifica di nuovi rivelatori a pixel di silicio con i requisiti adatti per l’upgrade (2024-2025) del rivelatore tracciante dell’esperimento ATLAS, previsto per il nuovo periodo di acquisizione dati all’acceleratore HL-LHC del CERN. Il rivelatore a pixel è fondamentale sia per ricostruire con alta efficienza le traiettorie delle particelle in condizioni di alta luminosità che per identificare particelle che hanno una vita media breve. In particolare, l’attività si concentrerà sullo sviluppo e caratterizzazione di sensori resistenti alle radiazioni, sia in laboratorio che in test su fascio, e sullo sviluppo del software per la calibrazione e per l’acquisizione dei dati.

Ulteriori informazioni: http://web.ge.infn.it/atlas/index.php/research-activity/


Referenti: Claudia Gemme, Alessandro Lapertosa
Codice identificativo: 33
Inserimento: 16/01/2020 alle 16.03

The present interferometric gravitational wave (GW) detectors in the USA (LIGO) and Europe (Virgo) are undergoing a major upgrade, which is targeted to boost the detector sensitivity particularly in the low frequency range.
Seismic isolation systems, such as Virgo’s superattenuators, have been developed to suppress the mechanical coupling of seismic motion to unwanted vibrations of the interferometer components. However, fluctuations of the local gravitational field as a result of seismic and atmospheric displacements result in transients which produce Newtonian forces on the interferometer test masses and subsequently inject noise at the interferometer output. These fluctuations are known as Newtonian Noise (NN).
Current estimates show that NN will limit the sensitivity of ground based gravitational wave detectors at frequencies around 10 Hz.

Mitigation strategies are under investigation. One possibility is the implementation of Wiener filtering using arrays of seismometers deployed in the vicinity of all test masses. While this approach has been theoretically proven on a semi-infinite terrain slab, its performance is however impaired by the seismic waves interaction with the infrastructure and terrain non-homogeneities. The result is that the seismometers number and placement is rather critical.

Another possibility is to use advanced data analysis techniques (like deep learning) to infer the Newtonian force on the test masses by exploiting a redundant array of non-optimized and mixed sensors (seismometers / tiltometers). The main drawback of this approach is the definition of a sufficiently complex network structure which can incorporate the multiple (unknown) waves interactions.

The thesis work is embedded in this effort. It shall start with a series of increasingly complex 3D finite element analysis of the seismic waves / infrastructure interactions to provide the initial dataset used to evolve and train a neural network. The candidate will then use these data into an evolutionary algorithm that looks for the best network matrix.
Finally, we shall test the best configuration on real data, as the first series of seismometers are expected to be installed at the beginning of 2020.


Referenti: Andrea Chincarini, Gianluca Gemme
Codice identificativo: 31
Inserimento: 16/01/2020 alle 13.44

Interferometric detectors for gravitational waves are very sensible instruments so
they need special careful about every possible source of noise.
When ambient seismic waves pass near and under an interferometric gravitational-wave
detector, they induce density perturbations in the earth, which in turn produce fluctuating gravitational forces on the interferometer’s test masses.
These forces mimic a background of gravitational waves and thus constitute a noise
source. It is therefore mandatory to study and characterize this type of noise in order to subtract it from gravitational data.
In this work both data analysis techniques and numerical simulations are of primary importance, as these are the principal tools that will be learned and used in this
work.


Referenti: Andrea Chincarini, Gianluca Gemme
Codice identificativo: 29
Inserimento: 16/01/2020 alle 13.31

L’esperimento TORIO_229 è dedicato alla misura dell’energia del più basso livello nucleare (Th-229m) tra tutti gli isotopi conosciuti, più vicino ai livelli atomici che a quelli nucleari. La caratterizzazione completa di questo livello, accessibile con le sorgenti laser moderne, permetterebbe la progettazione di un orologio nucleare di altissima precisione. Il cristallo ThF4, che contiene il Torio nella sua composizione naturale, ha una bandgap di 10.2 eV, superiore all'energia del livello metastabile Th-229m, attualmente data intorno a 8.3 eV. In queste condizioni il decadimento di conversione interna, dominante altrimenti, dovrebbe essere soppresso, in quanto l'energia del fotone non è sufficiente per promuovere un elettrone dalla banda di valenza nella banda di conduzione. Per progettare la misura di decadimento del Th-229m nel canale gamma, usando come bersaglio singolo cristallo di ThF4, dobbiamo stimare il fondo della foto-luminescenza. Il candidato dovrà preparare l'apparato sperimentale costituito da una lampada VUV e PMT solar blind, montati in una camera da basso vuoto, seguire alcune problematiche del sistema di controllo e acquisizione dati ed effettuare la prima misura di foto-luminescenza dei cristalli commerciali. Inoltre il candidato dovrà discutere le implicazioni dei risultati della misura per la ricerca del decadimento gamma del Th-229m.

Referenti: Mauro Taiuti, Mikhail Osipenko
Codice identificativo: 26
Inserimento: 15/01/2020 alle 16.32

Il ciclo di reazioni NeNa è importante per la sintesi stellare degli isotopi del neon, sodio e magnesio e nel determinare le loro abbondanze cosmiche. Tra questi isotopi possiamo ricordare il 22Na che emette una linea a 1275 keV rivelata dai telescopi per raggi γ e utilizzata per comprendere la combustione esplosiva all’interno delle novae.
Nello specifico, la reazione 20Ne(p,γ)21Na è la più lenta del ciclo NeNa e ne controlla la velocità complessiva. Ha luogo non solo nelle novae ma anche nelle stelle giganti rosse e nelle stelle massicce del ramo asintotico a temperature > 0.05 GK.
La collaborazione LUNA si propone di studiarla con l’acceleratore LUNA - 400 presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Il silenzio cosmico dei Laboratori del Gran Sasso consentirà di spingere la misura fino ad energie di poche centinaia di keV (~250) aiutando a comprendere in particolare le caratteristiche di due risonanze a basse energie importanti nella combustione stellare. L’apparato sperimentale consiste in un bersaglio gassoso e due rivelatori al germanio posti all’interno di una schermatura di rame/piombo.
Il primo periodo di presa dati è previsto per febbraio - aprile 2020 e porterà alla misura precisa della risonanza a 366 keV. Ulteriori periodi di prese dati sono previsti nel corso dell’anno.
Sono disponibili tesi di tipo sperimentale, legate sia alla presa dati che alla loro analisi. Si propone, in caso di interesse da parte del candidato, anche lo sviluppo di un codice di simulazione specifico per la reazione.


Referenti: Zavatarelli Sandra, Prati Paolo
Codice identificativo: 23
Inserimento: 15/01/2020 alle 11.22

L'equazione lineare del trasporto descrive il trasporto di particelle nella materia trascurando l'interazione reciproca delle particelle stesse. Essa e' alla base della descrizione di molti fenomeni fisici, dalla propagazione di radiazione nel mezzo interstellare, alla descrizione dei reattori nucleari ed alla deposizione di energia nei rivelatori di particelle. La sua soluzione e' estremamente complessa e spesso si fa ricorso al metodo di soluzione Monte Carlo.
Tale equazione viene spesso impropriamente chiamata "di Boltzmann" perche' la sua derivazione e' usualmente data con argomenti "a la Boltzmann", ma non esiste una sua derivazione formale dall'equazione di Boltzmann della meccanica statistica: si propone di studiare sotto quali ipotesi ed approssimazioni cio' sia possibile.
L'argomento proposto puo' essere affrontato a diversi livelli di sofisticazione matematica e/o di complessita' fisica ed e' quindi suscettibile di generare ulteriori forme dell'equazione stessa ad includere fenomeni usualmente trascurati o non considerati, come, ad esempio, il trasferimento di energia cinetica dalle particelle che diffondono al mezzo nel quale esse vengono diffuse, o l'esistenza di gradi di liberta interni dei centri scatteratori del mezzo diffusore.


Referenti: Paolo Saracco, Piero Ravetto
Codice identificativo: 22
Inserimento: 14/01/2020 alle 11.14

L'esperimento LHCb verra' aggiornato nel 2030, durante la cosiddetta fase-2 di upgrade per poter prendere dati in maniera ottimale durante la fase ad alta luminosita' di LHC. Affinché i rivelatori RICH, fondamentali per la fisica dei sapori pesanti, possano operare con un'ottima performance, e' necessario ri-ottimizzare il layout ottico e riprogettare il foto-rivelatore. il laureando si occuperà di simulare il comportamento reale dei fotorivelatori e dell'ottica per verificare la performance del rivelatore nell’identificare adroni carichi alle luminosità elevate previste dalla fase-2 di upgrade.


Referenti: Roberta Cardinale, Matteo Bartolini
Codice identificativo: 21
Inserimento: 13/01/2020 alle 12.45


Il funzionamento di un MAPMT è basato su svariati e complessi processi fisici a carattere probabilistico, la cui comprensione è essenziale per la comprensione della risposta del fotorivelatore MAPMT. Si propone al laureando di realizzare una simulazione di tali processi, la più completa possibile. Tempi: brevi/medi/lunghi.


Referenti: Alessandro Petrolini, Matteo Bartolini
Codice identificativo: 20
Inserimento: 13/01/2020 alle 12.44

Lo studio delle proprietà e della produzione di stati di quarkonium sono un importante test per capire le proprietà della Cromodinamica Quantistica e i diversi modelli di produzione (CSM, NRQCD, ...). Sebbene, sotto la soglia di open-charm, tutti gli stati di charmonium attesi siano stati confermati sperimentalmente, le misure disponibili per lo stato di singoletto in onda P, hc, danno informazioni limitate. Si propone al laureando di ricercare nuovi decadimenti dello stato hc per una misura della sezione d’urto di erenziale. Tempi: brevi/medi/lunghi.

Referenti: Roberta Cardinale, Alessandro Petrolini
Codice identificativo: 19
Inserimento: 13/01/2020 alle 12.41

La quantità di violazione della simmetria CP prevista dal meccanismo CKM nel Modello Standard Minimale non è sufficiente per spiegare il nostro Universo dominato dalla materia, per cui sono attese altre sorgenti di CPV. È quindi necessario studiare nuovi canali di decadimento dove è attesa una violazione di CP non trascurabile. Si propone al laureando di studiare i decadimenti a multi corpi di mesoni B o barioni Lambdab, che sono largamente inesplorati e potrebbero mostrare caratteristiche interessanti. Tempi: brevi/medi/lunghi.


Referenti: Roberta Cardinale, Alessandro Petrolini
Codice identificativo: 18
Inserimento: 13/01/2020 alle 12.40

A partire dall'anno prossimo, l'esperimento LHCb iniziera' a prendere dati in maniera più' efficiente dopo lo stop necessario per aggiornare e ottimizzare le performance del rivelatore. Con l'inizio della fase di commissioning del rivelatore prima dell'installazione finale, il progetto di upgrade del rivelatore sta entrando in una fase cruciale. Il laureando partecipera' alla fase di commissioning del rivelatore e in particolare sara' coinvolto nello sviluppo del sistema di controllo e di calibrazione verificando la performance del rivelatore con i primi dati delle collisioni.

Referenti: Alessandro Petrolini, Roberta Cardinale
Codice identificativo: 17
Inserimento: 13/01/2020 alle 12.38

La tesi si svolge nell'ambito dell'esperimento CMS all'acceleratore LHC del CERN. CMS ha raccolto e continuerà a raccogliere una grande mole di dati di collisioni tra fasci di protoni. In questa tesi proponiamo di effettuare misure di sezioni d'urto di processi previsti nel modello standard, in particolare che coinvolgono il quark top, e al contempo di cercare nuovi processi previsti in diversi scenari di fisica oltre il modello standard, quali bosoni di Higgs addizionali o particelle di materia oscura. La tesi si avvarrà di uno dei nuovi apparati installati in CMS di recente, lo spettrometro di precisione per i protoni, costruito e operato con contributo determinante del gruppo di Genova: tale apparato consente di ricostruire la quantità di moto persa dai protoni dei fasci a seguito di interazioni che non ne causano la totale disgregazione, assicurando quindi una ricostruzione ermetica degli eventi.

Referenti: Silvano Tosi, Enrico Robutti
Codice identificativo: 13
Inserimento: 09/01/2020 alle 12.17

Il Precision Proton Spectrometer e’ un rivelatore di protoni installato nell’esperimento CMS all’LHC del CERN di Ginevra. Lo scopo di questo particolare rivelatore e’ di ricostruire i protoni diffusi a bassissimo angolo nelle interazioni di LHC attraverso le tracce lasciate in rivelatori a pixel di silicio posti a pochi millimetri di distanza dal fascio. I rivelatori a pixel e il codice che ne analizza i dati sono sviluppati dal gruppo CMS di Genova. Negli anni 2020 e 2021 nuovi rivelatori dovranno essere prodotti e il codice opportunamente aggiornato e adattato, per essere pronto per la presa dati che avverra’ nella seconda parte del 2021 (Run3). Il lavoro di tesi si inserisce in questo contesto, sviluppando nell’ambito del codice d’esperimento gli aggiornamenti necessari per l’operativita’ dei nuovi rivelatori, facendo inoltre gli opportuni test su dati simulati e su dati reali, quando disponibili.

Referenti: Fabrizio Ferro, Silvano Tosi
Codice identificativo: 12
Inserimento: 08/01/2020 alle 16.05

Si propone una tesi sullo sviluppo di rivelatori veloci di fotoni per un esperimento di
alte energie al CERN:
per adeguare il rivelatore RICH dell’esperimento LHCb e prepararlo alla nuova presa dati ad alta luminosita' e` necessario riprogettare il rivelatore affinche' il sistema possa operare con migliori performance in condizioni piu' difficili; in particolare e` necessario riprogettare il foto-sensore, utilizzando moderni rivelatori al silicio (SiPM).
Si propone al laureando di contribuire allo studio, sviluppo e caratterizzazione dei nuovi prototipi del rivelatore.


Referenti: Flavio Fontanelli, Roberta Cardinale
Codice identificativo: 9
Inserimento: 08/01/2020 alle 10.36

La sezione INFN di Genova ha in questi anni sviluppato un rivelatore di raggi cosmici da impiegare nelle scuole superiori per scopi didattici e divulgativi (progetto ASTRO).
Dopo aver costruito un primo prototipo e averlo usato con successo in collaborazione con alcuni Istituti Superiori della Liguria e della Lombardia, stiamo costruendo un secondo prototipo, basato su un sistema Raspberry + scheda di acquisizione veloce) che sara’ completato (principalmente dal punto di vista del software) e caratterizzato nei prossimi mesi.
Proponiamo al laureando di contribuire allo sviluppo e ottimizzazione dell' hardware del rivelatore, al completamento della scrittura del software, alla calibrazione del sistema e di partecipare alla prima campagna di misure.


Referente: Flavio Fontanelli
Codice identificativo: 8
Inserimento: 08/01/2020 alle 10.23

All'acceleratore LHC del CERN un importante filone di ricerca è dedicato alla verifica del Modello Standard, un secondo filone è invece dedicato alla ricerca di un segnale che consenta di andare al di là di questa teoria di grande successo. Lo studio proposto si inserisce in queso secondo filone. Si cercano, con un metodo sviluppato da ricercatori genovesi, particelle di grande massa (da 500 a 2500 GeV/c^2) che vivano almeno 10^-9 secondi. Queste particelle, se prodotte in interazioni tra protoni all'energia dell’acceleratore LHC del CERN (13 TeV nel centro di massa), si dovrebbero muovere lentamente, con beta compreso tra 0.3 e 0.9, pur avendo momento elevato e quindi dovrebbero avere una grande ionizzazione specifica. La ionizzazione specifica, misurata con il rivelatore a Pixel dell'esperimento ATLAS, consente di discriminare queste particelle dalle particelle leggere prodotte in gran numero, ma tutte con piccola ionizzazione specifica. La tesi proposta è volta all'ottimizzazione del metodo di separazione basato sulla ionizzazione specifica e al confronto dei risultati con i modelli supersimmetrici più recenti.

Referenti: Dario Barberis, Stefano Passaggio
Codice identificativo: 5
Inserimento: 28/12/2019 alle 19.49

I processi di fusione e fissione delle membrane biologiche sono fondamentali per la vita: il trasporto intra e inter-cellulare di proteine, materiale genetico, farmaci dipende in modo cruciale dalla capacità delle membrane lipidiche di rimodellarsi, fino a fondersi con altre membrane o dare origine a nuovi compartimenti. In natura questi processi sono regolati da proteine in grado di esercitare una azione meccanica sulle membrane coinvolte nella fusione (o fissione). L’obiettivo di questo lavoro di tesi è la progettazione di nanoparticelle sintetiche in grado di svolgere la stessa funzione, in vitro, in modo controllato. La tesi prevede la simulazione con tecniche di Dinamica Molecolare di processi di fusione tra vescicole lipidiche in presenza di nanoparticelle metalliche, con l’obiettivo di individuare quali composizioni della nanoparticella possono causare o facilitare i processi di fusione spontanea.

Questa tesi può interessarti se ti piacciono la fisica della materia, la biofisica, le nanoscienze, e se ti incuriosiscono le applicazioni delle nanoscienze alla medicina. Approfondirai contenuti di fisica della materia, biofisica (per esempio, la teoria dell'elasticità delle membrane biologiche), fisica statistica, trattamento statistico dei dati. Imparerai tecniche di simulazione come la Dinamica Molecolare e tecniche di campionamento avanzato delle superfici di energia libera. Per simulare questi grandi sistemi di molecole, sfrutterai risorse di calcolo interne e infrastrutture di supercalcolo nazionali e internazionali.


Referente: Giulia Rossi
Codice identificativo: 67
Inserimento: 19/01/2020 alle 09.57

In recent years the evidence of the presence of small (micro and nano scale) plastic particles in the natural environment is increasing. Their interaction with cell membranes is key to determine their toxicity on living organisms, but the physical driving forces and the molecular mechanisms underlying nanoplastic-membrane interactions are still largely unknown. Computer simulations with atomistic resolution, focused on the interaction between plastic nanoparticles and cell membranes, are challenging, due to the large number of atoms (order of 1 million) and to the time scales involved (tens of microseconds). One way to address the problem is to work with coarse-grained models, where a single particle represents a group of atoms, reducing substantially the number of degrees of freedom of the system and speeding up its dynamics.
In this thesis we will develop an original coarse-grained model of an every-day use polymer, polystyrene, and study its interactions with model lipid membranes. The development of coarse-grained models of polymer molecules requires learning and progressively mastering fundamental concepts in soft matter, thermodynamics and statistical physics (polymer scaling laws, thermodynamic potentials, etc.). Advanced computational skills are not a strict requirement, as these technical competences can be easily acquired during the early stages of the work, which will be performed in the framework of a direct collaboration with the developers of the most popular biomolecular coarse-grained model worldwide, the Martini model (group of S.J. Marrink, University of Groningen, Netherlands, http://cgmartini.nl/). We will rely on the use of the most advanced Molecular Dynamics-based simulation techniques, including techniques for the advanced sampling of free energy landscapes. Simulations will be run both on in-house and on national and international supercomputing facilities.


Referenti: Davide Bochicchio, Giulia Rossi
Codice identificativo: 54
Inserimento: 17/01/2020 alle 15.26

La relatività generale può essere riformulata come una teoria dinamica in cui ciò che evolve è una geometria spaziale. La dinamica della geometria spaziale può essere formulata in termini della cosiddetta equazione di Einstein-Hamilton-Jacobi (pag. 1188 di Wheeler, Thorne, Misner, "Gravitation"). Scopo della tesi è di studiare le soluzioni di questa equazione in modelli semplici quali l'interno di un buco nero di Schwarzschild, l'estensione completa buco nero - buco bianco (per esempio in coordinate di Kruskal o di Novikov), modelli anisotropi di universo tipo Kantowski–Sachs. Un naturale sviluppo di questo lavoro è di utilizzare le soluzioni trovate per l'analisi semiclassica dei corrispondenti modelli quantistici.

Referente: Nino Zanghì
Codice identificativo: 75
Inserimento: 21/02/2020 alle 11.15

Si è da subito tentato di modificare la Relatività Generale, in varie direzioni. La teoria di gravità modificata che riguarda questa proposta di tesi rientra nelle cosiddette teorie di "gravità linearizzata massiva", che sono, in parole povere, approssimazioni di campo debole della gravità in cui però il gravitone è massivo. Il primo tentativo, essendo in vita Einstein, è dovuto a Fierz e a Pauli, nel 1939. E' un tentativo molto longevo, perché, ancora oggi, è generalmente considerato il paradigma della gravità massiva. Le ragioni per dare massa al gravitone sono molte. Per esempio, un gravitone massivo può concorrere con la costante cosmologica (che è piena di problemi) per spiegare l'osservata espansione decelerata dell'Universo. A rendere quasi fenomenologico lo studio della gravità massiva è l'esperimento LIGO-Virgo, che ha raggiunto un grado di raffinatezza e precisione tale da poter distinguere lo sfasamento tra onda gravitazionale e la sua controparte elettromagnetica, il cui responsabile è la massa del gravitone. Sembra che la teoria di Fierz e Pauli non sia l'unica possibile. Più precisamente: le caratteristiche che deve avere una teoria di gravita' massiva (5 gradi di liberta' e continuità con la relatività generale senza massa) possono essere realizzate anche al di fuori dalla teoria di Fierz e Pauli. Questa teoria è nuova, sono molti gli aspetti che possono (e devono) essere approfonditi. Usare il contatto per maggiori dettagli.

Referente: Nicola Maggiore
Codice identificativo: 80
Inserimento: 01/07/2020 alle 17.52

Gli esperimenti di fisica delle particelle ad alta energia pongono diverse sfide dal punto di vista statistico, di grande rilevanza per le comunità sperimentali e teoriche.
Una delle più complesse riguarda l'inferenza statistica, l'interpretazione, la distribuzione e
la combinazione dei risultati sperimentali. Lo strumento con cui gli esperimenti riassumono
l'informazione estratta dai dati sperimentali è la funzione di verosimiglianza (Likelihood),
spesso di dimensionalità molto elevata (centinaia di parametri).
Questa funzione, tuttavia, non è quasi mai distribuita pubblicamente dagli esperimenti: spesso infatti viene calcolata mediante procedure complicate (a volte approssimate)
e con framework software proprietari.
Lo strumento della DNNLikelihood da noi sviluppato (basato sulla semplice idea di
interpolare la Likelihood con una rete neurale profonda (DNN))
risolve questo problema rendendo potenzialmente disponibile a tutta la comunità
i risultati sperimentali più recenti.
Proponiamo diversi progetti di tesi inerenti a DNNLikelihood per calcolare, campionare e distribuire in modo più efficiente la funzione di Likelihood, e quindi i risultati sperimentali.
Il candidato ottimizzerà ed applicherà lo strumento della DNNLikelihood ai dati, pubblicamente disponibili, di diverse fonti sperimentali (ATLAS, HEPFit, Astro/Cosmo) e li combinerà per indagare scostamenti rispetto alle predizioni del Modello Standard e, eventualmente, individuare possibili scenari di nuova fisica.
Durante il lavoro di tesi, il candidato svilupperà competenze nell'ambito del trattamento statistico dei dati e della loro interpretazione all'interno di modelli teorici, nella programmazione in Python e nell'utilizzo delle relative librerie di DNN (TensorFlow, Keras). Lavorare in un ambiente scientifico internazionale fornirà ulteriore stimolo e motivazione.

Contatti:
Riccardo Torre (INFN, Sezione di Genova e CERN): riccardo.torre@ge.infn.it
Andrea Coccaro (INFN, Sezione di Genova): andrea.coccaro@ge.infn.it
Fabrizio Parodi (Università di Genova e INFN, Sezione di Genova): fabrizio.parodi@ge.infn.it


Referenti: Riccardo Torre, Fabrizio Parodi
Codice identificativo: 64
Inserimento: 17/01/2020 alle 21.09

Il titolo della tesi è indicativo, e sarà perfezionato anche sulla base dei gusti del candidato. L'introduzione di un bordo in una teoria di campo di bulk D-dimensionale induce una teoria in D-1 dimensioni, che mostra caratteristiche del tutto diverse dalla teoria che vive in dimensione superiore. In questo senso sul bordo vive una proiezione olografica della teoria di bulk. Gli esempi più conosciuti di questo rapporto bulk/bordo sono dati dalle teorie topologiche, che hanno contenuto fisico nullo, avendo Hamiltoniana e tensore enegia-impulso nulli. Tuttavia, se è presente un bordo, persino queste teorie acquistano significativi contenuti fisici. Si pensi per esempio al Fractional Quantum Hall Effect e agli Isolanti Topologici, le cui caratteristiche fisiche sono descritte da teorie di bulk topologiche (rispettivamente la teoria di Chern-Simons in 3D e le teorie BF in 3D e 4D). Sono molti gli aspetti che possono essere approfonditi, che ancora non sono stati studiati: teorie di bulk topologiche non abeliane su spazio piatto, per esempio, o teorie di bulk non topologiche in 5D, il cui bordo è uno spazio 4D, come quello in cui viviamo. Sono anche interessato al bordo su teorie di campo in spazio curvo. Quest'ultimo aspetto richiede una buona conoscenza della geometria differenziale. Invito comunque gli studenti interessati a contattarmi per maggiori dettagli.

Referente: Nicola Maggiore
Codice identificativo: 79
Inserimento: 01/07/2020 alle 17.27

The LHC_b collaboration has just reported the first observation of Ω_???? states b states (in " First observation of excited Ω_???? states”, LHCb Collaboration (Roel Aaij et al.). Jan 3, 2020, arXiv:2001.00851 [hep-ex]). Those excited Ω_b states have been theoretically predicted in E. Santopinto et al., Eur.Phys.J. C79 (2019) no.12, 101 considering the symmetries of the strong interaction. The idea of this thesis is to give predictions also for other heavy-flavored baryons with two b quarks ( i.e Ξbb = qbb , Ωbb=sbb ) - that have still to be explored by the experimentalists and for which there are still not theoretical predictions based on symmetries - and to extend the predictions to other heavy-flavored baryons with one single b quark, that is Λb,Σb, Ξb ,Ξ'b. All those theoretical predictions are of interest to the LHCb-collaboration, which is also present at Genoa University.


Referente: Elena Santopinto
Codice identificativo: 57
Inserimento: 17/01/2020 alle 16.37

Verrà studiato dapprima il flusso che si instaura in seguito ad espulsioni violente come un colpo di tosse o uno starnuto. Lo studio sarà eseguito per mezzo di simulazioni numeriche dirette senza approssimazioni. Verrà successivamente messo a punto un modello di evaporazione per le gocce di saliva che verranno descritte come traccianti lagrangiani a cui verrà associato un raggio finito retto da una equazione differenziale accoppiata al campo di umidità del flusso d’aria espulsa. L’obiettivo principale consiste nella comprensione del ruolo delle fluttuazioni turbolente (del flusso e del campo di umidità dell’aria esalata) nel processo di evaporazione delle goccioline di saliva. I risultati delle simulazioni verranno confrontate con previsioni di campo medio dove, per definizione, le fluttuazioni turbolente sono trascurate o descritte in modo molto approssimativo. La tesi proverà anche a fornire risposte quantitative a temi purtroppo molto attuali che riguardano il distanziamento sociale tra individui ed il connesso fondamento scientifico della distanza soglia di 1 metro.

Referente: Andrea Mazzino
Codice identificativo: 76
Inserimento: 26/06/2020 alle 09.48

La turbolenza è un fenomeno fisico che interessa la dinamica dei fluidi in molte situazioni di interesse pratico dove il fluido si muove in maniera caotica, con grandi fluttuazioni di velocità [1]. Uno degli aspetti piu affascinanti e drammatici della turbolenza è l'intermittenza: le differenze di velocità del fluido in due punti vicini dello spazio devia in maniera drammatica da una statistica gaussiana, in particolare mostra code molto piú alte. Questo significa che il flusso puo cambiare in maniera brusca anche a scale molto piccole, caratteristica che va sotto il nome di intermittenza.

Questa struttura "a singhiozzo" è ancora piu drammatica quando si considera un campo scalare transportato dal flusso (si pensi ad esempio a un colorante, a un inquinante o alla temperatura). L'intermittenza scalare è talmente drammatica che di fatto il campo scalare risulta strutturato in zone relativamente omogenee quasi discontinue - cioe dove gradienti estremamente ripidi si sviluppano su scale molto piccole.

In questa tesi, proponiamo di realizzare uno studio teorico dell'intermittenza di campo scalare emesso da una sorgente puntiforme in un flusso turbolento. Lo studente analizzerà in un primo tempo una serie di campi scalari sintetici ottenuti recentemente dai relatori attraverso simulazioni numeriche dirette. In un secondo tempo, paragonerà l'intermittenza del campo sintetico alle previsioni di modello stocastico proposto recentemente[2]. In ultimo, estenderà il metodo per rilassare alcune delle ipotesi utilizzate.

Questo studio ha implicazioni per la comprensione teorica del comportamento biologico. In questo contesto, il campo scalare rappresenta un odore emesso da un organismo biologico immerso in un flusso turbolento. L'odore viene trasmesso e distorto dal flusso turbolento e caratterizzarne l'intermittenza può contribuire a svelare come gli organismi viventi usano le informazioni sensoriali per localizzare obiettivi di interesse in un ambiente turbolento.

[1] Falkovich G. "Fluid Mechanics" Cambridge University Press, Second Ed. (2018)
[2] Celani A, Villermaux E and Vergassola M. "Odor Landscapes in Turbulent Environments". Phys Rev X 4:041015 (2014)


Referenti: Nicodemo Magnoli, Agnese Seminara
Codice identificativo: 27
Inserimento: 16/01/2020 alle 09.51

In un sistema con infiniti gradi di libertà le fluttuazioni quantistiche (a temperatura nulla)
possono condurre a una transizione di fase continua.
L'influenza del punto critico quantistico (QCP) si manifesta anche a temperature diverse dallo zero assoluto ed e' la chiave per capire una varietà di esperimenti.
In particolare e' di grande rilevanza capire il comportamento delle funzioni di risposta ad
alta frequenza in prossimita' di un QCP.
Lo scopo della tesi e' quello di studiare un sistema in cui si ha un QCP superfluido-isolante.
In particolare e' importante studiare l'effetto dei bosoni di Goldstone (presenti nella fase
superfluida) sulla funzione di risposta.


Referente: Nicodemo Magnoli
Codice identificativo: 24
Inserimento: 15/01/2020 alle 11.56

AdS/CFT is a conjectured duality between certain strongly coupled regimes of ordinary quantum field theories and classical (i.e. weakly coupled) theories of gravity in at least one higher dimension. It is a new and extremely interesting tool to map difficult quantum field theory problems into easier classical gravitational ones.
The goal of the thesis is to use AdS/CFT techniques to tackle unresolved issues of strongly coupled effective field theories in which space-time symmetries are spontaneously broken. Attention will be paind in the application of the results obtained to the analysis of strongly coupled condensed matter systems.

References:
1) https://arxiv.org/pdf/1612.07324.pdf
2
) https://arxiv.org/pdf/1712.07994.pdf


Referente: Andrea Amoretti
Codice identificativo: 16
Inserimento: 10/01/2020 alle 15.20

Hydrodynamics can be thought of as an effective long-distance description of a many-body system at non-zero temperature. It is the correct effective field theory to use in order to describe strongly coupled systems near equilibrium, where there are no more well defined particles and the only long-lived modes are the (almost)-conserved currents. Recently, hydrodynamics has been used successfully to study strongly coupled systems, such as quark-gluon plasma or high-temperature superconductors.
The thesis consists in the study of hydrodynamic effective field theories in which different spontaneously broken phases coexist. The results obtained will be applied to the study of strongly coupled quantum critical condensed matter systems, such as High Temperature Superconductors. (Collaborations with the experimental condensed matter group are possible)

References:
1) https://arxiv.org/pdf/1205.5040.pdf
2
) https://arxiv.org/pdf/1909.07991.pdf


Referente: Andrea Amoretti
Codice identificativo: 15
Inserimento: 10/01/2020 alle 15.02

Per lungo tempo si è creduto che campi elettrici statici non avessero nessun effetto sui superconduttori metallici a causa dell’effetto di screening che ne limita la penetrazione all’interno della struttura.
Nonostante ciò, recentemente è stato sperimentalmente osservato che dei campi elettrici molto intensi possono distruggere la superconduttività in fili superconduttivi.
La spiegazione di queste misure non è stata ancora trovata ma una possibilità è che sia legato ad un effetto di elettrodinamica quantistica predetto da Schwinger negli anni ‘50.
Schwinger predisse che campi elettrici molto intensi, amplificando le fluttuazioni del vuoto quantistico, potrebbero portare alla formazione di coppie elettrone-positrone.
E’ noto che la teoria della superconduttività ha forti analogie con la teoria dei campi a partire dalla transizione di fase legata alla rottura spontanea di simmetria tipo-Higgs alla similitudine formale fra l’equazione di Dirac e le equazioni di Bogolibov-de Gennes.
Nel caso superconduttivo, il vuoto elettrodinamico viene sostituto dallo stato fondamentale del superconduttore e le eccitazioni elettrone-positrone dall’eccitazione elettrone-buca.
Nell’effetto Schwinger nei superconduttori, l’effetto del campo elettrico sarebbe quindi quello di eccitare un elettrone e una buca dallo stato fondamentale superconduttivo.

La tesi affronterà questi temi partendo dalle analogie fra le equazioni di Bogolibov-de Gennes e l’equazione di Dirac.
Usando le tecniche della teoria dei campi si analizzerà l’effetto del campo elettrico sui superconduttori e cercherà di capire se e come è possibile ripercorrere lo schema di calcolo alla Schwinger in questo caso.

Referenze:
- On Gauge Invariance and Vacuum, J. Schwinger, Phys. Rev., 82, 664 (1951)
- Metallic supercurrent field-effect transistor, G. De Simoni et al., Nature Nanotechnology 13, 802 (2018)


Referenti: Paolo Solinas, Nicodemo Magnoli
Codice identificativo: 14
Inserimento: 09/01/2020 alle 17.43

La manipolazione di sistemi quantistici ha raggiunto precisione e complessità mai vista prima.
Questo ha aperto le porte allo sviluppo delle tecnologie quantistiche (computazione, crittografia, simulazioni quantistica che e così via).
In questo contesto diventa fondamentale capire come i sistemi quantistici possono essere usati per immagazzinare, manipolare e scambiare energia.
Un notevole sforzo è stato fatto per capire come costruire dei frigoriferi e motori quantistici.

La tesi affronterà questi temi partendo da alcune proposte di motori quantistici.
Si analizzeranno diverse possibili implementazioni di queste proposte e come questi possano essere usati per compiere del lavoro e manipolare altri sistemi quantistici per costruire, ad esempio, le porte logiche fondamentali della computazione quantistica.

La tesi consisterà in un’analisi teorica del problema e, a seconda dell’avanzamento del lavoro, in simulazioni numeriche dei casi studiati.

Referenze:
Virtual qubits, virtual temperatures, and the foundations of thermodynamics, N. Brunner et al. , Phys. Rev. E, 85, 051117 (2012)


Referenti: Paolo Solinas, Nino Zanghì
Codice identificativo: 11
Inserimento: 08/01/2020 alle 12.04

L'equazione lineare del trasporto descrive il trasporto di particelle nella materia trascurando l'interazione reciproca delle particelle stesse. Essa e' alla base della descrizione di molti fenomeni fisici, dalla propagazione di radiazione nel mezzo interstellare, alla descrizione dei reattori nucleari ed alla deposizione di energia nei rivelatori di particelle. La sua soluzione e' estremamente complessa e spesso si fa ricorso al metodo di soluzione Monte Carlo.
Tale equazione viene spesso impropriamente chiamata "di Boltzmann" perche' la sua derivazione e' usualmente data con argomenti "a la Boltzmann", ma non esiste una sua derivazione formale dall'equazione di Boltzmann della meccanica statistica: si propone di studiare sotto quali ipotesi ed approssimazioni cio' sia possibile.
L'argomento proposto puo' essere affrontato a diversi livelli di sofisticazione matematica e/o di complessita' fisica ed e' quindi suscettibile di generare ulteriori forme dell'equazione stessa ad includere fenomeni usualmente trascurati o non considerati, come, ad esempio, il trasferimento di energia cinetica dalle particelle che diffondono al mezzo nel quale esse vengono diffuse, o l'esistenza di gradi di liberta interni dei centri scatteratori del mezzo diffusore.


Referenti: Paolo Saracco, Piero Ravetto
Codice identificativo: 22
Inserimento: 14/01/2020 alle 11.14

I concetti di lavoro e calore sono alla base della fisica classica ma non hanno un chiaro corrispondente in meccanica quantistica perché non è possibile associare ad essi un operatore hermittiano.
Per questo motivo, diverse proposte sono state fatte per definire e misurare il lavoro e il calore in sistemi quantistici.
Ancora più singolare è il caso della potenza (la variazione di energia nel tempo) istantaneamente scambiata fra sistemi quantistici.
Sebbene si possa formalmente definire un operatore quantistico associato alla potenza, non è chiaro se e come sia effettivamente misurabile in un sistema quantistico.

La tesi affronterà questi temi partendo dai principi di base della meccanica quantistica.
Si analizzeranno diverse possibili definizioni dell’operatore potenza, il loro significato e le implicazioni in termini della misura degli osservabili corrispondenti.

La tesi consisterà in un’analisi teorica del problema e, a seconda dell’avanzamento del lavoro, in simulazioni numeriche dei casi studiati.

Referenze:
Full distribution of work done on a quantum system for arbitrary initial states, P. Solinas and S. Gasparinetti, Phys. Rev. E, 92, 042150 (2015)


Referente: Paolo Solinas
Codice identificativo: 10
Inserimento: 08/01/2020 alle 12.03

I due obiettivi principali della fisica di LHC sono la scoperta di nuove particelle e interazioni, e la caratterizzazione di quelle che conosciamo. In particolare, la fisica del bosone di Higgs occupa un ruolo prominente in questa attività di ricerca.

Il successo di questo programma si basa sulla nostra abilità di utilizzare gli strumenti della fisica teorica, e in modo particolare la teoria quantistica dei campi, per descrivere in modo sempre più accurato le interazioni tra i costituenti fondamentali della materia.

In questo contesto, la capacità di predire con precisione le interazioni dettate dal Modello Standard è condizione necessaria per osservare deviazioni, anche piccole, dalla nostra teoria, che segnalerebbero la presenza di fisica che ancora non conosciamo.

I progetti di tesi su questa tematica si occupano di sviluppare e applicare un particolare approccio perturbativo alle teorie di campo, che permette di considerare (risommare) infiniti ordini perturbativi.


Referenti: Simone Marzani, Giovanni Ridolfi
Codice identificativo: 7
Inserimento: 04/01/2020 alle 15.07

I due obiettivi principali della fisica di LHC sono la scoperta di nuove particelle e interazioni, e la caratterizzazione di quelle che conosciamo. In particolare, la fisica del bosone di Higgs occupa un ruolo prominente in questa attività di ricerca.

Il successo di questo programma si basa fortemente sulla nostra abilità di utilizzare gli strumenti della fisica teorica, e in modo particolare la teoria quantistica dei campi, per descrivere in modo sempre più accurato le interazioni tra i costituenti fondamentali della materia.

In questo contesto, la capacità di ideare nuovi strumenti che permettano di distinguere le segnature di nuova fisica che stiamo cercando dal background del Modello Standard offre nuove sfide interessanti ai fisici teorici.

I progetti di tesi su questa tematica richiedono un approccio multi-disciplinare: una conoscenza approfondita della teoria dei campi quantistici deve combinarsi con un’intuizione fisica che permetta di ideare e studiare osservabili fisiche che siano allo stesso tempo efficaci sperimentalmente e robuste da un punto di vista teorico.


Referente: Simone Marzani
Codice identificativo: 6
Inserimento: 04/01/2020 alle 10.21

Energy consumption has emerged as a key issue for designing next generation wireless networks for an all-pervasive spread of a low-cost Internet of Things (IoT). Energy-constrained wireless networks have limited lifetime due to the difficulty in replacing or recharging batteries in the nodes. The required power for a single node is ranging from a few mW to several W and wireless networks are frequently located in remote areas difficult to access. Conventional wind turbines and fuel/solar cells work on totally different energy scales (from kW to MW). These strategies cannot thus contribute to the IoT revolution. Only a U-turn in the small-scale/low-cost/low-power energy harvesting (EH) technologies would allow the ultimate spread of IoT.
Harvesting energy from low-speed (a few m/s) wind/water currents by elastically-mounted flapping wings is one of the most attractive, low-cost and efficient strategies [Mc81,B012] to extract energy from the environment in the power range of several mW. In the power range of several W, networks of many harvesters must be assembled.
There are however at least two crucial weaknesses shared by all flapping wing harvesters causing severe limitations to the further growth of their efficiency: i) turbulence, which is ubiquitous, must be filtered-out for the flapping to emerge; ii) the wake effect is detrimental [Ol19], inhibiting in this way the construction of spatially-confined networks of harvesters to increase the power from mW to W.
The aim of the thesis is to turn these weaknesses into strengths: the feasibility and originality of this thesis rely on the innovative idea of combining turbulence ubiquity with a new low-cost extraction/storage strategy. The ambitious target is to extract at least 1000 times the electric power nowadays achievable by networks of conventional flapping wing harvesters. The field of small-scale energy harvesting can in this way keep-up with fast-changing developments of wireless communication technologies, thus allowing a revolution for an all-pervasive spread of a low-cost IoT.

[Mc81] W. McKinney and J. DeLaurier, J. Energy, 109 (1981)
[Bo12] C. Boragno, R. Festa and A. Mazzino, Appl. Phys. Lett., 253906 (2012)
[Ol19] S. Olivieri, C. Boragno, R. Verzicco and A. Mazzino, J. Fluid Struct. 90, 334 (2019)


To be carried out in collaboration with the Okinawa Institute of Science and Technology
(Japan).


Referenti: Andrea Mazzino, Corrado Boragno
Codice identificativo: 4
Inserimento: 24/12/2019 alle 13.36

Valutazione

Il voto finale di laurea è espresso in centodecimi e:

  • comprende una valutazione del tuo curriculum
  • è determinato delle votazioni ottenute nelle attività formative superate
  • tiene conto dei seguenti ulteriori elementi:
    • valutazione della prova finale
    • valutazione del tuo curriculum
    • se sei in corso o fuori corso
    • se hai passato un periodo di studio all'estero

N.B Durante il periodo di preparazione della tesi dovrai acquisire 2 CFU in Altre Attività, Abilità Informatiche E Telematiche, cosi da ottenere l'idoneità da parte della commissione al momento della consegna della tesi.

La prova finale è superata se hai ottenuto una votazione non inferiore a 66 punti su 110.

Ritiro della pergamena di laurea

Per il ritiro della tua pergamena di laurea devi presentarti presso la portineria di via Balbi 5 (piano terra, da lunedì a sabato compresi - orario di apertura 8-19).

Se non puoi presentarti personalmente, puoi delegare per iscritto una persona di fiducia, allegando la fotocopia del tuo documento d’identità.

N.B. Se hai conseguito il titolo prima del 1 gennaio 2006 e non l'hai ancora ritirato devi contattare le Segreterie studenti.

Se hai conseguito il voto finale di 110/110 o 110/110 e lode ti verrà consegnata la pergamena durante due cerimonie ufficiali alla presenza della tua famiglia, dei mass media, del Rettore e dell'intera comunità accademica:

  • in occasione del festival dell'Università - UniverCity (per i laureati dall' 1/9 al 31/12 dell'anno precedente)
  • in occasione dell'inaugurazione del nuovo anno accademico (per i laureati dall'1/1 al 31/8 dell'anno in corso)

N.B. Se non puoi essere presente a queste occasioni potrai ritirare il diploma come sopra specificato.